Physikprojekte

[J. S. (engineer)]

Walter T. schrieb:
> Und dass mir
> selbst Projekt-Beschreibungen über Video massiv auf die Nerven gehen,
> weil das Tempo eigentlich immer unpassend ist (meist zu langsam).

... mithin ein Grund warum ich kaum Videos schaue: Das Tempo passt 
nicht. Wirklich anspruchsvolle Dinge zu präsentieren erfordert einen 
gleichen Wissenstand bei den Zuhörern. Das klappt in Schulen und Unis, 
wo alle langsam kontinuierlich hochgezogen werden. Das breite Publikum 
ist sehr heterogen informiert und hat daher verteilte Lücken. D.h. jeder 
hat eine andere Stelle, an der es bei ihm klemmt. Daher sind Texte 
besser, die man 3-4 mal langsam lesen kann, Seiten verblättern und hin- 
und herschauen kann.

Videos dudeln mit dem Tempo, mit dem der Präsentator eben spricht. Das 
ist zu 90% nicht passend- oft ist es zu langsam und an den wenigen 
interessanten Stellen zu schnell und zu oberflächlich. Meistens sind sie 
auch schlecht vorbereitet, es gibt kein Script, die Macher bringen viel 
zu viel Redundanz, produzieren trotzdem Lücken und hüpfen didaktisch hin 
und her.

Das taugt nur, um die Bedienung von Staubsaugern zu erklären :-)

(Ich werte das aus meiner Erfahrung mit Tonaufnahmen für Hörbücher und 
der Arbeit mit Synchronsprechern und Schauspielern bei TV-Produktionen).

[Christoph E. (stoppi)]

Ich möchte ja den Halleffekt mit Kupfer und mit Bismut überprüfen. Als 
Kupferplättchen verwende ich einfach eine einseitige Kupferplatine. 
Deren Kupferschicht dürfte wohl rund 35 µm dick sein. Da Kupfer aber 
eine sehr niedrige Hallkonstante hat und die Hallspannungen daher nur im 
niedrigen µV-Bereich liegen, benötige ich einen starken Verstärker.

Auf der Seite Elektronik-Labor von Burkhard Kainka bin ich auf eben 
diesen Versuch und den Schaltplan eines Verstärkers mit dem LM358 
gestoßen.

Link: https://www.elektronik-labor.de/Notizen/Halleffekt.html

Die Schaltung habe ich gleich nachgebaut und schon getestet. Leider ist 
das Ganze weit komplizierter als erhofft. Stelle ich mit dem 
Potentiometer eine niedrige Ausgangsspannung ein, so schwankt diese 
stärker (im 10 mV-Bereich) bzw. driftet. Bei höher eingestellter 
Ausgangsspannung ist diese dann "ruhiger", aber die Hallsonde spricht 
nicht wirklich auf einen Magneten unterhalb dieser an. Es sollte bei 1A 
durch die Hallsonde und einer 6667-fachen Verstärkung ein 
Spannungsunterschied von ca. 7 mV zu messen sein, wenn man den Magneten 
umdreht (reine Hallspannung also 3.5 mV).

Damit die Ausgangsspannung noch stabiler ist, lese ich sie mit einem 
Arduino + ADS1115 ADC ein und bilde den Mittelwert aus 1000 Messungen. 
Aber irgendwie passen die Messwerte nicht bzw. zeigen keine richtige 
Abhängigkeit vom Magneten. Dessen Flussdichte habe ich mit 0.36 T 
bestimmt.

Problem ist, dass die Störeinflüsse (Thermospannungen, 
Induktionsspannungen usw.) deutlich größer als die Hallspannung sind.

Ich habe schon B. Kainka kontaktiert und dieser hat mir netterweise auch 
schon geantwortet. Auch er berichtet von Schwierigkeiten mit der 
Schaltung.

Ich werde der Sache aber noch weiter nachgehen. Bismut hat eine 10000 
mal größere Hallkonstante. Bei einer angenommenen Dicke des 
Bismutplättchens von 1 mm (gegenüber 35 µm vom Kupfer), müsste die 
Hallspannung trotzdem ca. 333 mal größer sein und somit schon ohne 
Verstärkung im mV-Bereich liegen.

Vielleicht möchte ja einer von euch sich auch an dem Kupfer-Hallelement 
versuchen und dann hier berichten ;-) Lötplan hänge ich an...

[Bernhard S. (gmb)]

Der LM358 hat recht viel Input Offset Voltage im mV Bereich und Drift 
(7µV/Grad). Diese Spannungen werden ja mit verstärkt. Für Verstärkung 
kleiner DC Spannungen wären besser Offset-arme OPVs wie z.B. OP27 u.ä. 
zu verwenden.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Das geht mit starken Magneten, die so etwas können:
https://www.diktieren24.de/Loeschmagnet-fuer-alle-Mini-und-Mikrokassetten

Um den DC-Offset auszutricksen, gibt es das Prinzip des 
Chopper-Verstärkers. Das bedeutet den Srom durch den Hallsensorstreifen 
polst Du mehrfach um. Du verstärkst dann nur die Wechselspannung in der 
ersten Stufe. Je größer die Hallspannung wird, desto größer wird auch 
die Wechselspannung.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für eure Hinweise, Bernhard & Dieter

Ich habe es jetzt einmal mit meinem µV-Meter probiert. Dieses verwendet 
einen AD8551 bzw. MAX4238. Beide haben eine extrem niedrige input offset 
voltage von nur rund 1 µV.

An den Ausgang des Verstärkers hängte ich meinen ADS1115 + Arduino. Mit 
diesem lese ich 1000 Spannungswerte ein und bilde den Mittelwert. Das 
beruhigt die Messung noch zusätzlich und erhöht die Genauigkeit. Mit 
dieser Methode konnte ich dann tatsächlich den Halleffekt bei Kupfer 
messen. Durch Umdrehen des Magneten änderte sich meine Ausgangsspannung 
um ca. 4 mV. Laut Theorie sollten es 6 mV sein. Das passt also schon 
ziemlich gut.

Jetzt warte ich noch auf das Bismut, um damit ebenfalls die Hallspannung 
zu messen. Damit dürften die Probleme aber deutlich geringer sein, da 
viel höhere Spannungen zu erwarten sind. Das Bismut werde ich schmelzen 
und dann ein dünnes Plättchen formen. Bin schon gespannt, wie gut mir 
dies glückt...

Die Teile für das Hagen-Poiseuille-Gesetz sind auch schon alle 
eingetroffen. Die Ergebnisse dazu liefere ich noch nach.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Christoph E. schrieb:
> Jetzt warte ich noch auf das Bismut,

Was auch noch ginge, wäre eine Platine vorzubereiten und die Strombahn 
auf das Pertinax mit Leitsilber aufzutragen. Die Leitfläche wäre dann 
noch wesentlich dünner als die 35µ des Kupfers.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für den Tipp, Dieter. Du meinst die mit Leitsilber aufgetragene 
Schicht ist dann dünner als 35 µm?

Hier noch mein einfacher Versuch zum Hagen-Poiseuille-Gesetz, welches 
besagt, dass der Volumsfluss V/t proportional zum Radius hoch 4 des 
Rohrs ist. Bei meinem Aufbau mit dem Y-Stück ist ja der zeitliche 
Druckverlauf p(t) und auch die Durchflussdauer t für beide Rohre gleich 
und daher auch die Volumina V proportional zu r^4. Bei den verwendeten 
Rohrdurchmesser von 2 bzw. 3 mm würde man also ein Verhältnis von 1.5^4 
= ca. 5 erwarten. Ich habe 55 ml zu 12 ml experimentell ermittelt, also 
ein Verhältnis von 4.58.

Es ist gar nicht so einfach bei so dünnen Schläuchen einen ungehinderten 
Wasserfluss zu garantieren. Musste dafür manchmal einen der beiden 
Schläuche kurz zuhalten bzw. daran saugen.

Hier auf meiner Homepage gibt es mehr Informationen dazu und auch eine 
kurze Herleitung des Hagen-Poiseuille-Gesetzes, die mich an meine 
Prüfung in Experimentalphysik 1 vor mehr als 30 Jahren erinnert: 
https://stoppi-homemade-physics.de/hagen-poiseuille-gesetz/

Wer sich noch das Video zum Thomsonringversuch anschauen möchte, dieses 
habe ich heute online gestellt: 
https://www.youtube.com/watch?v=Mj3Ne8xF-l8

Der Wirkungsgrad ist aber wie schon erwähnt grottenschlecht und daher 
die erzielte Ringgeschwindigkeit mit 54 km/h mehr als bescheiden.

Jetzt warte ich noch auf meine "Edison-vintage-Glühbirnen" mit geringer 
Neonfüllung für den Plasmatoroid-Versuch. Da habe ich mittlerweile die 
3te Glühbirne bestellt, da die beiden ersten aus China scheinbar bei mir 
nicht ankommen wollen...

Link: https://www.amazon.de/gp/product/B08182GPH7/

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Christoph E. schrieb:
> Du meinst die mit Leitsilber aufgetragene
> Schicht ist dann dünner als 35 µm?

Genau. Setzt aber voraus es wird nicht mehrmals zu dick aufgetragen.

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern sind die bestellten Teile für die Wasserrakete(n) von der Firma 
Klima angekommen. Beim Auspacken hatte ich tatkräftige Unterstützung vom 
Hund der Tochter...

Hat mich inkl. Versand nur 21 Euro gekostet. Bei dem Preis wäre es total 
unwirtschaftlich, mir eigene Teile auszudrucken bzw. zu basteln. 
Praktisch sind auch die Schaumgummispitzen, welche erstens einen Schutz 
beim Aufprall bieten und zudem aerodynamisch eine Verbesserung 
darstellen.

Link: 
https://www.raketenmodellbau-klima.de/AquaStarParty.htm?shop=raketenklima&SessionId=&a=article&ProdNr=6044%5FPP&t=23&c=34&p=34

Ich habe ja mit meinen Schülern den Flug der Wasserrakete mit der 
Software Vimps analysiert. Dabei kommt man auf eine Startgeschwindigkeit 
von immerhin 190 km/h.

Ich werde im Keller noch nach einem Bremsgriff und einem Lenker suchen, 
damit die Auslösung des Starts bequem über einen Handgriff erfolgt. Beim 
Innendruck werde ich bis ca. 6-7 bar gehen. Damit bleibe ich hoffentlich 
noch auf der sicheren Seite.

Ich habe noch ein weiteres Wasserraketenset von Rokit aus England. 
Dieses löst aber automatisch bei einem bestimmten Innendruck aus, wenn 
der Schlauchanschluss aus dem Gummi gedrückt wird. Die so erzielbaren 
Höhen werden wohl geringer sein.

Link: https://www.getdigital.de/rokit-flaschenraketen-set.html

Wenn ich erste Starts durchgeführt habe, kann ich ja davon berichten...

[Christoph E. (stoppi)]

So, ich war im Keller und bin auch fündig geworden. Habe den 
Schaltbremshebel und den Lenker mit der Säge bearbeitet. Die Auslösung 
der Rakete funktioniert aber (scheinbar) reibungslos und bequem ohne 
störende Seitenkräfte...

Durch Erinnerung an meine Experimentalphysikvorlesungen ist mir wieder 
das Wiedemann-Franzsche-Gesetz eingefallen. Es verknüpft die 
Wärmeleitfähigkeit lambda mit der elektrischen Leitfähigkeit sigma. 
Beide Größen sind direkt proportional, was ja auch einleuchtet. Ein 
guter elektrischer Leiter wie z.B. Metalle ist auch ein guter 
Wärmeleiter und vice versa.

Ich habe mir auch schon Gedanken zum Versuchsaufbau gemacht. Die 
elektrische Leitfähigkeit bestimme ich wie gewohnt mit einer 
Konstantstromquelle (1 A), wobei ich den Spannungsabfall U am 
Aluminiumstab messe. Dieser ist dann gleich dem elektrischen Widerstand 
R. Durch Messung vonn Querschnitt A und Länge L komme ich auf den 
spezifischen Widerstand ro bzw. die elektrische Leitfähigkeit sigma = 1 
/ ro.

Die Wärmeleitfähigkeit messe ich mit einer auf den Aluminiumstab 
aufgebrachten Heizplatte. Das andere Ende taucht in ein Wasserbad. Für 
die zugeführte elektrische Leistung P gilt dann: P = U * I = lambda * A 
* (T1 - T2) / L mit der Querschnittsfläche A und dem 
Temperaturunterschied T1 - T2 entlang der Länge L.

Jetzt hängt laut Wiedemann-Franz-Gesetz sigma/lambda von der Temperatur 
T ab und lambda bestimme ich über einen Temperaturgradienten. Da werde 
ich dann wohl eine mittlere Temperatur in die Formel einsetzen. Ziel ist 
es, den Proportionalitätsfaktor L (keine Länge jetzt) zwischen lambda 
und sigma * T, die sog. Lorenzzahl experimentell zu ermitteln. In dieser 
steckt die Elementarladung e und die Boltzmannkonstante k_B.

Ich weiß, dass dieser experimentelle Aufbau zur Bestimmung der 
Wärmeleitfähigkeit lambda Schwächen hat, aber es geht mir wie immer mehr 
ums Prinzip als um die letzte Genauigkeit. Wenn aber jemand von euch 
einen anderen Vorschlag hat, um die Wärmeleitfähigkeit zu bestimmen, nur 
her damit und danke dafür...

Heizplatte habe ich bereits über ebay bestellt und die Alurundstange (15 
mm Durchmesser) werde ich im Baumarkt besorgen. Wärmeleitkleber müsste 
ich noch von meinem Versuch zur Bestimmung der Bandlücke von Germanium 
haben. So nutze ich meine bereits getätigten Physikeinkäufe ideal aus 
;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium konnte ich mittlerweile zu 
3.71 * 10^7 1/Ohm*m bestimmen. Der Sollwert liegt bei 3.77 * 10^7, also 
wirklich sehr knapp daneben.

Ich musste aber für die Messung der geringen Spannung mein µV-Meter 
(gain = 1000) nehmen, mein Multimeter war mit seiner 0.1 mV-Auflösung zu 
ungenau. Der Widerstand des 4 mm dicken und 40 cm langen Aluminiumstabs 
lag bei 0.858 mOhm. Entsprechend lag die bei 1 A abfallende Spannung 
ebenso bei 0.858 mV.

Jetzt warte ich auf die Heizplatte aus China, dann kann ich die 
Wärmeleitfähigkeit von Aluminium bestimmen.

In der Zwischenzeit ist auch die Retro-Glühbirne mit geringer 
Edelgasfüllung heil angekommen. Diese bildet ja das Herzstück meines 
simplen Plasmatoroids. Den Versuch dazu werde ich wohl am Wochenende 
durchführen...

[Christoph E. (stoppi)]

Heute habe ich den Alu-4-Kantstab mit 12 mm Seitenlänge und ein 
Isolierrohr im Baumarkt für die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von 
Aluminium besorgt. Und dann habe ich noch einen ersten Versuch mit 
meiner Neon-Glühbirne zum Experiment "Plasmatoroid" unternommen.

Die Schaltung hat sich als etwas zickig herausgestellt. Nur wenn ich die 
Primärspule verbiege und verstelle, erscheint dann hin und wieder das 
ringförmige Plasma. Bei zwei Versuchen hatte ich sogar einen ziemlich 
kräftigen, eher weißen Ring. Leider konnte ich diesen bisher nicht mehr 
reproduzieren. Ich werde mich aber noch mit der Schaltung spielen und 
verschiedene Spulen probieren. Gegebenenfalls erhöhe ich auch noch die 
Schwingkreiskapazität (derzeit 150 pF), um die Frequenz zu drücken. Über 
10 MHz sind halt kein Pappenstiel für die IRFP260...

[J. S. (engineer)]

Dieter D. schrieb:
> Das geht mit starken Magneten, die so etwas können:

Wenn benötigt, würde ich zu den Neodym-Magneten raten, die auf EBAY 
vertickt werden. Ich habe da einige mit 30mm x 30mm x 10mm. Die haben 
gewaltige Felder und halten sie auch! Wenn sich zwei von den "geküsst" 
haben, kriegt man die praktisch nicht mehr auseinander.

[Christoph E. (stoppi)]

Da Schüler (und ich) ja gerne mit Sachen schießen hier noch ein 
Vorschlag für das Physiklabor zum Thema "schiefer Wurf". Benötigt werden 
nur wenige Legoteile wie spring shooter (15400), passende Pfeile 
(15303), eine hinge plate 2x4 (3149c01) und ein gewöhnlicher 2x4 brick 
(3001). Deshalb kann dieser Schussapparat auch mehrfach günstig fürs 
Labor angeschafft werden.

Die Schussweite hat mich positiv überrascht. Aufgabe ist es, die 
Schussweite für verschiedene Abschusswinkel zu bestimmen. Am besten, man 
wiederholt pro Abschusswinkel den Abschuss 5x und bildet dann den 
Mittelwert. Zuletzt zeichnet man den Graphen w(alpha) und bestimmt das 
Maximum. Wer noch möchte, kann ja dann aus der Schussweite noch die 
Abschussgeschwindigkeit v berechnen mittels der simplen Formel w = v²/g.

Während die Legoteile für den Physiksaal geeignet sind, muss man die 
Trinkhalmrakete draußen im Freien starten. Denn mit dieser erzielt man 
Flugweiten von bis zu 30 m und mehr. Auch für diese Rakete benötigt man 
nicht viel. Nur eine Fahrradpumpe, ein Messingrohr welches gut in die 
Pumpenöffnung passt und vom Gummi dort abgedichtet wird, ein dicker 
Trinkhalm wie jener von Mc Donalds, Papier für die Leitwerke und etwas 
Plastilin/Knetmasse. Die Knetmasse kommt oben in die Spitze des 
Trinkhalms. Dann stülpt man die Rakete über das Messingrohr und drückt 
die Knetmasse fest ins Rohr. Wenn man jetzt die Pumpe sehr schnell 
komprimiert, löst sich bei einem bestimmten Druck die Rakete und saust 
schnell davon. Auch hier sollen die Schüler wieder die Flugweite in 
Abhängigkeit vom Abschusswinkel bestimmen und dann den optimalen 
Abschusswinkel bzw. die maximale Schussweite ermitteln.

Zum Schluss noch zwei EXCEL-Simulationen zum schiefen Wurf ohne und mit 
Luftwiderstand...

[Christoph E. (stoppi)]

Einen Versuch zum Magnus-Effekt hätte ich noch und zwar den 
Flettnerrotor. Dabei wird ein rotierender Zylinder in eine Luftströmung 
gebracht und erfährt eine Querkraft zur Luftströmung. Grund ist der 
geringere dynamische Druck und der höhere statische Druck auf der der 
Seite, wo die Zylinderoberfläche sich genau gegen die Luftströmung 
bewegt. Bewegt sie sich mit dieser mit (andere Seite), so sind 
dynamischer Druck groß und entsprechend der statische Druck klein.

Die Teile habe ich über ebay.com zusammengetragen bzw. beim (letzten) 
Elektronikgeschäft vor Ort (Neuhold-Elektronik: 
https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/) besorgt.

Für die Luftströmung verwende ich meinen "Windmacher", welcher bisher 
bei meinem Windkanal zur cw-Bestimmung zum Einsatz kam. Damit kann ich 
Windgeschwindigkeiten bis ca. 85 km/h erzeugen.

Den gesamten Aufbau des Flettnerrotors stelle ich auf eine Waage und 
bestimme die Gewichtszunahme bzw. -abnahme. Da muss ich aber noch 
experimentell ermitteln, ob mir der reine Luftwiderstand und ein daraus 
resultierendes Drehmoment noch einen Strich durch die Rechnung macht. 
Falls ja, muss ich mir etwas anderes überlegen.

Ich bin vor Jahren einmal über eine Jugend-Forscht-Arbeit genau zu 
diesem Thema gestoßen. Soweit ich mich noch erinnere, war der 
Magnuseffekt am größten, wenn die Zylindergeschwindigkeit der 4-fachen 
Windgeschwindigkeit entsprach. Mal schauen, ob ich dies bestätigen kann. 
Hat jemand von euch vielleicht noch diese Jugend-forscht-Arbeit zum 
Flettnerrotor? Danke im voraus...

[Christoph E. (stoppi)]

Nachdem die k-type Thermofühler und die Heizplatte zuletzt angekommen 
sind, konnte ich den Aufbau zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von 
Aluminium fertigstellen. Wärmeisoliert habe ich das ganze noch mit 
Moosgummi bzw. Isolierrohr. Wenn ich erste Messresultate für lambda 
habe, reiche ich diese nach.

Zum Aufbau des Flettnerrotors: Wenn ich zuerst die Windmaschine auf die 
gewünschte Geschwindigkeit einschalte, dann die Waage auf Null setze und 
erst zum Schluss den Zylinder in Drehung versetze, müsste ich eigentlich 
den reinen Magnus-Effekt mit der Waage messen können. Mal schauen, ob 
das so klappt...

[Christoph E. (stoppi)]

Heute am Tag des Herren konnte ich den Versuch zur Wärmeleitfähigkeit 
von Aluminium durchführen. Bei einer Leistung der Heizplatte von rund 20 
W schmolz mir der Mossgummi. Zudem hatte ich bei dieser hohen Temperatur 
logischerweise die größten Wärmeverluste an die Umgebung und daher wich 
die experimentell bestimmte Wärmeleitfähigkeit lambda am deutlichsten 
vom Sollwert ab. Ich erhielt bei 20W Heizleistung ein lambda = 516 
W/m*K. Der Sollwert für Aluminium liegt bei nur 236 W/m*K.

Daher reduzierte ich die Heizleistung in mehreren Schritten bis runter 
auf 0.46 W. Die ermittelten Wärmeleitfähigkeiten passten aufgrund der 
geringer werdenden Wärmeverluste immer besser mit dem theoretischen Wert 
überein. Obwohl ich letztendlich dennoch eine erhebliche Abweichung 
hatte:

Experiment: lambda = 372.7 W/m*K
Theorie: lambda = 236 W/m*K

Noch weiter runter kann ich nicht wirklich mit der Heizleistung. 
Vielleicht überlege ich mir noch einen anderen experimentellen Ansatz.

Die von mir experimentell bestimmte Lorenzzahl L liegt bei 3.43 * 10^-8 
V²/K². Der Sollwert liegt zwischen 2.1 - 2.9 * 10^-8 V²/K².

Das Wiedermann-Franz-Gesetz 
(https://de.wikipedia.org/wiki/Wiedemann-Franzsches_Gesetz) lautet: 
lambda / sigma = L * T

lambda.... Wärmeleitfähigkeit, sigma.... elektrische Leitfähigkeit, 
L....Lorenzzahl, T....Temperatur

Abschließend kann ich aber sagen, dass mir dieser Versuch eine Freude 
bereitet hat. Man sieht aber wieder einmal, dass sich Theorie 
experimentell nicht ganz einfach beweisen lässt. Was hat mich dieser 
Spaß gekostet? Für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit gab ich 
inkl. µV-Meter um die 25 Euro aus, die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit 
kostete mich 55 Euro, also in Summe 80 Euro...

[Christoph E. (stoppi)]

Für den Flettnerrotor habe ich Zylinder zum 3d-drucken in Auftrag 
gegeben. Die Motorhalterung werde ich mit Matador-Holzelementen basteln 
(https://www.matador.at/Produkte/Explorer-5/Einzelteile-Ersatzteile:::1_3_55.html).

Zum Thema physikalische Extremwertaufgabe habe ich noch einen schönen 
und einfachen Versuch. Dieser benötigt eine Matador-Holzleiste mit 19 
Löchern 
(https://www.matador.at/Produkte/Explorer-5/Einzelteile-Ersatzteile/Streben/19er-Streben::72.html). 
Von den Schülern ist die Periodendauer dieses physikalischen Pendels für 
verschiedene Aufhängepunkte zu bestimmen. Bei einem bestimmten Abstand s 
= Wurzel(I_S/m) ist die Periodendauer minimal und das physikalische 
Pendel schwingt am schnellsten. Im konkreten Experiment ist dies für s = 
11.4 cm der Fall. Das Trägheitsmoment I_S um den Schwerpunkt kann sowohl 
experimentell über die Periodendauer, als auch theoretisch mittels der 
Formel für eine dünne Holzleiste bestimmt und verglichen werden. In 
meinem Fall erhalte ich fast identische Werte im Bereich von 0.0003 
kg*m².

[Christoph E. (stoppi)]

Lustig, in einem anderen Beitrag hier im Forum wurde gerade nach Bismut 
gesucht. Für meinen Halleffekt-Versuch benötige ich auch Bismut und 
dieses ist diese Woche auch bei mir eingetroffen. Bekommt man auf Amazon 
günstig zu kaufen: 
https://www.amazon.de/Bismut-Wismut-Kristall-Kristalle-Angelk%C3%B6der/dp/B07BLS5JHK/

Die Hallkonstante von Bismut ist mit 5 * 10^-7 m³/C extrem groß. Zum 
Vergleich: Jene von Kupfer beträgt nur 5.3 * 10^-11 m³/C. Daher benötigt 
man zum Nachweis des Halleffekts nur ein gewöhnliches Multimeter und 
keinen Verstärker.

Das Bismutplättchen habe ich mittels zweier Glasbecher geformt, indem 
das geschmolzene Bismuut mit beiden Glasböden zusammengedrückt wird. 
Leider gingen mir dabei beide Trinkgläser zu Bruch. Also: Unbedingt 
hitzebeständiges Borosilikatglas verwenden!

Die Dicke meines Plättchens beträgt rund 2 mm, ist also verhältnismäßig 
dick. Daher ist die zu erwartende Hallspannung gering und sollte bei 
einer Stromstärke von 2 A und einer Flussdichte von 0.36 T nur bei 0.18 
mV liegen. Gerade groß genug für ein Multimeter.

Ich konnte tatsächlich eine Spannungsänderung von +/- 0.1 mV 
feststellen, wenn ich den Magneten dem Bismutplättchen näherte bzw. 
umgedreht näherte. Eventuell besorge ich mir aber noch 250 ml 
Bechergläser, damit ich deutlich dünnere Plättchen herstellen kann. Denn 
Trinkgläser sind mir zuhause wie oben erwähnt ausgegangen ;-)

[Jack V. (jackv)]

Christoph E. schrieb:
> Also: Unbedingt
> hitzebeständiges Borosilikatglas verwenden!

Auch das wird dir zerspringen, wenn du es an einer recht scharf 
abgegrenzten Stelle mit der Temperatur geschmolzenen Bismuts 
beaufschlagst.

[Christoph E. (stoppi)]

@Jack: Mal schauen, hitzebeständige Bechergläser für den 
Chemieunterricht müssen ja auch Bunsenbrennerflammen aushalten. Jetzt 
habe ich zumindest einen angebrannten Fleck auf meinem Küchenboden als 
kleine Erinnerung an den Versuch...

Habe gestern den Versuch zum Halleffekt mit dem Bismutplättchen und 
meinem µV-Meter wiederholt, da ja die zu erwartenden Hallspannungen im 
Bereich der Multimeter-Auflösung liegen.

Eingestellt habe ich eine Verstärkung von 1000. Bei Annäherung des 
Magneten mit B = ca. 0.36 T und einer Stromstärke von 1 A erhalte ich 
eine Änderung der Spannung (= Hallspannung) im Bereich von 0.2-0.25 V 
entsprechend also 0.2-0.25 mV. Ich habe die Dicke des Bismutplättchens 
nocheinmal gemessen und komme auf rund 1 mm. Daher sollte die 
Hallspannung bei +/- 0.18 mV liegen. Das passt also ziemlich perfekt, 
Heureka :-)

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/halleffekt/

[Christoph E. (stoppi)]

Die 3D-gedruckten Zylinder und Matador-Holzteile sind angekommen und so 
konnte ich den Aufbau für den Flettnerrotor fertigstellen. Jetzt stehen 
dann erste Messungen aus. Den Windkanal habe ich nicht zuhause bei mir, 
sondern nur einen BURG-Lüfter. Mal schauen, ob es mit dem auch 
funktioniert und die Waage eine kleine Veränderung anzeigt...

[Christoph E. (stoppi)]

Kurzer Zwischenbericht: Mit dem BURG-Heizlüfter messe ich keine 
Gewichtserhöhung oder -reduzierung. Ich muss aber das Stativ auf der 
Waage mit doppelseitigen Klebeband fixieren und die Waage mit der Hand 
festhalten, damit nicht alles davonwandert durch die Vibrationen.

Nächster Schritt: Föhn ;-)

Eventuell muss ich auch eine feiner auflösende Waage verwenden, denn 
diese hat eine Auflösung von 1 g.

[Christoph E. (stoppi)]

Für den Flettnerrotor habe ich mir vor Ort einen starken Elektromotor 
gekauft und Propeller inkl. passender Mitnehmer bestellt. Die Teile 
müssten in den nächsten Tagen ankommen. Damit hoffe ich mit meiner 
Küchenwaage je nach Rotationsrichtung des Flettnerrotors eine 
Veränderung festzustellen...

Vor gut 18 Jahren habe ich einmal für ein Schulprojekt einen 
Strömungsmesser gebastelt. Dieser besteht aus zwei Propeller, einem 
Kegelrad und einem Fahrradtacho. Durch die Wasserströmung werden die 
Propeller in Bewegung versetzt und der Tacho liefert eine 
Geschwindigkeit auf seiner Anzeige. Damit diese mit einer 
Strömungsgeschwindigkeit verknüpft werden kann, muss der Aufbau zuerst 
kalibriert werden.

Hierfür haben wir (Dank noch an Herbert und Christoph ;-)) in einem 
Schwimmbad den Strömungsmesser mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten 
durch das Wasser gezogen und dann die angezeigte Tachogeschwindigkeit 
notiert. Auf diese Weise haben wir einen schön linearen Zusammenhang 
erhalten mit dem Geradenanstieg k als Proportionalitätsfaktor zwischen 
v_Tacho und v_Strömung.

In der Praxis getestet wurde der Strömungsmesser in der Obersteiermark. 
Dank fast bis zum Hals hinaufragender Gummistiefel und großem Wagemut 
konnte Herbert ein Tiefen- und Geschwindigkeitsprofoil mehrerer Bäche 
erstellen. Daraus lässt sich dann der Volumsfluss V/t berechnen. So 
flossen beim Erzbach zum Beispiel pro Sekunde 5800 Liter talwärts.

Auf der Suche nach einem kompakteren Strömungsmesser bin ich auf den 
Durchflusssensor YF-S201 gestoßen. Diesen möchte ich als Strömungsmesser 
missbrauchen. Die ausgegebene Pulsrate hängt dann hoffentlich wieder 
linear mit der Strömungsgeschwindigkeit zusammen. Kalibriert wird dieser 
Sensor gleich wie der erste in einem Schwimmbad.

Den simplen Arduino-Code habe ich angehängt...

[Christoph E. (stoppi)]

Das Experiment zum Flettnerrotor konnte ich heute mit dem Propeller 
durchführen. Da ich zuhause kein Anemometer und keinen Drehzahlmesser 
habe, musste ich mich zunächst mit Spannungsangaben begnügen. Für eine 
Spannung von 5.0 V bzw. 7.5 V am Propellermotor, also für zwei 
unterschiedliche Windgeschwindigkeiten, nahm ich die Gewichtsreduzierung 
in Abhängigkeit von der Zylindermotorspannung auf. Ich erhalte einen 
eher degressiven Verlauf. Die bei einem Jugend-forscht-Beitrag geäußerte 
These, dass im Optiomalfall die Zylindergeschwindigkeit der 4-fachen 
Windgeschwindigkeit entspricht, konnte ich so aber nicht bestätigen. 
Mein Verlauf besitzt zumindest in den beobachteten Spannungsgrenzen kein 
Extremum...

Aber genauere Untersuchungen können ja dann interessierte Schüler 
durchführen. Ich möchte Ihnen ja nicht alles vorwegnehmen ;-)

Heute habe ich auch das Video zum Coulombmeter auf Youtube hochgeladen, 
vielleicht interessiert es ja jemanden unter euch: 
https://www.youtube.com/watch?v=RcT73S51_JA

[Christoph E. (stoppi)]

Im Moment sind sehr viele Sonnenflecken zu beobachten, darunter ein 
ziemlich großer. Aber ja nicht auf den Sonnenfilter vergessen und 
niemals ohne diesen durchs Teleskop oder Fernglas blicken!

[Gerhard O. (gerhard_)]

Hallo Christoph,

In Anbetracht aller Deiner tollen Physikexperimente möchte ich 
vorschlagen, sie in einem zukünftigen Buch mit Bauhinweisen zu 
verewigen. Als Schüler hätte mich das damals sehr fasziniert, inspiriert 
und angespornt, auf eigene Faust mich selber zu engagieren. Damals 
verschlang ich ähnliche Literatur.

Im Forum geht das vielleicht alles doch im "Noise" der Welt unter.

VG,
Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

@Gerhard: Ich habe ja eine sehr ausführliche Homepage 
(https://stoppi-homemade-physics.de/) und einen Youtube-Kanal 
(https://www.youtube.com/@stoppi/videos). Dort präsentiere ich bereits 
meine Projekte inkl. der benötigten Bauteile. Ein Buch/Bücher wären für 
mich schon reizvoll nur kann ich nicht abschätzen, wie groß die 
Nachfrage wäre und ob sich dann die Mühe lohnt. Wenn ich aber Bücher 
schreibe, dann müsste ich meine Homepage beschneiden, denn sonst wäre 
ich zweigleisig unterwegs und niemand würde die Bücher kaufen. Mal 
schauen...

Es können mich aber jetzt schon Leute über mein Paypal-Konto freiwillig 
unterstützen. Da kommt aber nahezu kein Geld rein. Die Menschen sind 
scheinbar nicht bereit, 5 Euro für meine interessanten Physikprojekte zu 
spenden. Andererseits geben sie 1000 Euro für das neueste Smartphone 
jedes Jahr aus. Kann man verstehen, muss man aber nicht...

Für den Flettnerrotor würde ich ja einen Drehzahlmesser benötigen. 
Diesen habe ich mir mittels IR-Abstandsensor + Arduino gebastelt. 
Funktioniert eigentlich recht gut, nur steigt der Messer bei Frequenzen 
> 60 Hz im Moment aus. Da muss ich noch überprüfen, woran dies liegt. 
Ich hänge einmal zwei leicht unterschiedliche Arduinoprogramme für den 
Drehzahlmesser an.

[Christoph E. (stoppi)]

Von einem Forumsmitglied habe ich für meine Versuche ein 
Hitzdrahtanemometer geschenkt bekommen. Habe mich riesig darüber 
gefreut, vielen lieben Dank dafür!

Zum Thema Schall mache ich gerade noch einige Versuche und zwar
* Bestimmung der Schallgeschwindigkeit
* konstruktive/destruktive Interferenz
* Schwebung

Für die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit schließe ich zwei Mikrofone 
an die Line-IN Buchse meiner externen Soundcard. Mit der Software 
Audacity bestimme ich sodann die Zeitverzögerung des Schallsignals, wenn 
die beiden Mikrofone einen unterschiedlichen Abstand zur Schallquelle 
haben. Auf diese Weise konnte ich die Schallgeschwindigkeit zu c = 342 
m/s bestimmen.

Für die konstruktive/destruktive Interferenz schließe ich zwei 
Lautsprecher an ein kleines NE555-Frequenzmodul an. Dessen Ausgang 
steuert über einen IRL510 die beiden Lautsprecher.

Das einzelne Mikrofon platziere ich dann so zwischen den beiden 
Lautsprechern, dass ich eine konstruktive/destruktive Interferenz 
erhalte.

Bei dem Versuch mit der Schwebung schließe ich an zwei dieser 
NE555-Frequenzmodule einen Lautsprecher und stelle leicht 
unterschiedliche Frequenzen ein. Die Schwebung erfasse ich dann wieder 
mit einem einzelnen Mikrofon in der Mitte der beiden Lautsprecher...

[Christoph E. (stoppi)]

Einen netten Versuch zur Tribolumineszenz habe ich noch. Normalerweise 
fixiert man dazu ein Stück Würfelzucker auf einem Hammer und schlägt 
dann auf einen harten Boden. Dabei sollte man im völlig dunklen Raum und 
dunkeladaptierten Augen ein schwaches bläuliches Licht sehen.

Hier bin ich auf die Information gestoßen, dass wint o green Bonbons der 
Firme life savers gut für den Versuch geeignet sind: 
http://www.chemie.uni-jena.de/institute/oc/weiss/Tribolumineszenz.htm

Bildquelle: 
http://www.chemie.uni-jena.de/institute/oc/weiss/Tribolumineszenz.htm

Ich habe mir deshalb einmal solche Süßigkeiten über ebay 
(https://www.ebay.com/itm/134173291840) gekauft. Ist nicht gerade billig 
gewesen, aber was macht man nicht alles, um seine Forscherneugierde zu 
befriedigen.
Eine passende Kaffeemühle habe ich dann auch gleich geordert 
(https://www.amazon.de/gp/product/B07XMD25RT/).

Wenn ich erste Versuche damit gemacht habe, melde ich mich wieder.

P.S.: Spannend ist mit Sicherheit auch der Versuch zur Tribolumineszenz 
mit dem Tixoklebeband, welches man schnell abzieht. Erfolgt dies in 
einer Vakuumkammer, so kann man sogar weiche Röntgenstrahlung 
erzeugen...

https://sciencev1.orf.at/news/153064.html

[Ove M. (Firma: ;-) gibt es auch) (hasenstall)]

Guenstiger wäre vermutlich ein selbstklebender Briefumschlag gewesen. Da 
kann man die Lumineszenz beim Aufreißen im abgedunkelten Raum schon sehr 
gut erkennen. Probiere es mal aus.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank für deinen Hinweis, Ove. Werde ich natürlich ausprobieren...

Heute ist ein Brief aus den USA bei mir eingetroffen mit für mich 
wertvollen Inhalt und zwar einer Unterschrift von Arno Penzias. Zusammen 
mit Robert Wilson hat er 1964 mehr oder weniger zufällig die kosmische 
Hintergrundstrahlung entdeckt. Beide bekamen dafür 1978 den Nobelpreis 
für Physik zugesprochen.

Penzias sagte einmal sinngemäß: Die meisten Physiker bekommen einen 
Nobelpreis für etwas, dass sie suchen. Wir bekamen einen für etwas, was 
wir los werden wollten. Gemeint ist das störende Signalrauschen, welches 
sich dann als kosmische Hintergrundstrahlung entpuppte ;-)

Bildquelle: 
https://www.bell-labs.com/about/awards/1978-nobel-prize-physics/#gref

[Christoph E. (stoppi)]

Einen netten Optikversuch hätte ich noch und zwar das 
Fettfleckphotometer. Dabei strahlen zwei Lichtquellen (z.B. LEDs) von 
beiden Seiten auf ein Blatt Papier, auf dem sich ein Ölfleck befindet. 
Sind die beiden Beleuchtungsstärken gleich, verschwindet der Fettfleck. 
Dann gilt für die Distanzen d und Leuchtstärken L: L1/d1² = L2/d2².

Kennt man eine der beiden Leuchtstärken, so kann man über die 
eingestellten Distanzen die unbekannte Leuchtstärke ermitteln. Ich habe 
mir für diesen Versuch weiße LEDs mit 15000 mcd bei 20mA bestellt. Damit 
möchte ich die Leuchtstärken in Abhängigkeit von der elektrischen 
Leistung ermitteln und schauen, ob sich ein linearer Zusammenhang 
ergibt. Auch möchte ich die die Effektivität von Glühbirnen verglichen 
mit LEDs bestimmen, indem ich die Leuchtstärken durch die elektrische 
Leistung dividiere.

Der mechanische Aufbau ist soweit fertig, jetzt warte ich nur noch auf 
die Conrad-Lieferung. Bei dieser sind dann auch Ferritstäbe für meinen 
Blitzdetektor dabei...

Die elektrische Kaffeemühle ist auch bereits eingetroffen und ich konnte 
erste Versuche zur Tribolumineszenz mit gewöhnlichen Würfelzucker 
machen. Das sehr schwache blaue Licht konnte ich mit meiner 
Smartphonekamera gerade so einfangen. Ich werde aber für weitere 
Versuche auf eine Night-vision-camera-app zurückgreifen: 
https://play.google.com/store/apps/details?id=com.white_night.nightvisioncamera&hl=de_AT&gl=US&pli=1

Die Süßigkeiten aus den USA müssten auch bald bei mir eintreffen. Ich 
hoffe, dass dann die Tribolumineszenz deutlich stärker ist als beim 
Würfelzucker.

Übrigens: Die Besucherzahl meiner Homepage hat gerade die 500 000-Marke 
überschritten und das innerhalb von 2.5 Jahren. Damit bin ich mehr als 
zufrieden für eine Homepage mit physikalischen Inhalt ;-)

[Gerhard O. (gerhard_)]

Apropro "Triboxxxxxxxx". Triboelektrizität kann uns Meßtechnikern auch 
hin und wieder viel Kummer bereiten.

Z.B. Kabelverbundene empfindliche HF Detektoren. Wenn man da bei der 
Kabelwahl nicht aufpasst, kann es passieren, daß bei stärkerer Bewegung 
oder biegen des Kabels beachtliche Störspannungen durch Reibung der 
Kabeladern entstehen können. Hewlett Packard konnte in den Anfangsjahren 
ihrer Detektorentwicklung ein Lied davon singen.

https://en.wikipedia.org/wiki/Triboelectric_effect

https://clearpathmedical.com/medical-cables-and-wires-triboelectric-noise/#:~:text=Triboelectric%20noise%20results%20when%20two,of%20the%20cable%20or%20leadwire

https://www.molex.com/en-us/blog/triboelectric-noise-in-medical-cables-and-wires

https://www.newenglandwire.com/product/low-noise-cables/

https://www.pcb.com/contentstore/MktgContent/WhitePapers/WPL_43_-Accelerometer-Signals.pdf

https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20220011241/downloads/Lesson%20Learned%20-%20Controlling%20Triboelectrification%20Effects%20on%20Spacecraft%20Ethernet%20Cabling.pdf

Verschiedenes:

http://www.seismo.ethz.ch/de/about-us/archive-news/2021/

https://www.noe.gv.at/noe/Katastrophenschutz/Vortrag_Kat8_2011_Lenhardt_ZAMG_Erdbeben.pdf

https://gfzpublic.gfz-potsdam.de/rest/items/item_124266_6/component/file_143257/content

Ich hoffe es interessiert Dich auch, falls Du Dir diesbezüglich einen 
Versuch und Experiment ausdenken möchtest.

VG,
Gerhard

P.S.:

Glückwunsch zur gelungen Webseite. Mir gefällt sie auch sehr. Ist 
Einmalig!

[Gerhard O. (gerhard_)]

Ich stolperte zufällig über diese Schrift:

https://mundo.schule/api/mundo/download/SODIX-0001008881

Sehr schön zu lesen. Es geht um historische Experimente und Entdeckungen 
für den Chemieunterricht.

Auch interessant:

https://www.dwd.de/DE/leistungen/pbfb_verlag_promet/pdf_promethefte/31_2_4_pdf.pdf?__blob=publicationFile&v=3

[Christoph E. (stoppi)]

@Gerhard: Danke für die Informationen und Quellen

Bei der Conrad-Bestellung waren auch Teile für einen Blitzdetektor dabei 
(Ferritstab, Mittelwellenempfänger TA7642).

Quelle: https://fkainka.de/blitzduino-blitzwarner/

Diesen konnte ich gestern finalisieren und auch schon während eines 
Gewitters testen. Funktioniert sehr gut...

Die USA-Süßigkeiten sind auch schon eingetroffen. Am Wochenende werde 
ich sie in die Kaffeemühle geben und mit der night-vision-app filmen.

[Christoph E. (stoppi)]

Heute führte ich den Versuch zur Tribolumineszenz mit den Süßigkeiten 
aus den USA durch. Die Leuchterscheinungen sind heller als mit reinen 
Würfelzucker, aber nach wie vor sehr schwach. Dank der night vision app 
konnte ich aber die blauen Blitze in Videos erkennen. Das Bild mit dem 
bläulichen Leuchten mit Würfelzucker wurde 5 Sekunden lang belichtet und 
dann auch noch graphisch bearbeitet, damit es stärker in Erscheinung 
tritt. Deshalb darf man sich vom Video nicht zu viel erwarten...

Jetzt habe ich noch gut 1 kg von den Zuckerln übrig, welche mich vom 
Geschmack her übrigens an Hallenbaddesinfektion erinnern ;-)

[Bernhard S. (gmb)]

Christoph E. schrieb:
> Jetzt habe ich noch gut 1 kg von den Zuckerln übrig, welche mich vom
> Geschmack her übrigens an Hallenbaddesinfektion erinnern ;-)

Dieser Wintergreen Geschmack ist in den USA+Kanada deutlich populärer 
als hierzulande. Es ist auch das Hauptaroma von "Root Beer" das man dort 
bekommt.

[Christoph E. (stoppi)]

Das Fettfleckphotometer ist fertig und wurde auch schon getestet. Die 
15000 mcd LED ist aber zu hell, sodass die Einstellung (Fettfleck 
verschwindet) des Fettfleckphotometers nicht gerade einfach ist. 
Eventuell wiederhole ich das ganze nochmals mit einer schwächeren 
Norm-LED.

Ich habe eine weiße LED unter Normbedingungen betrieben (20 mA, L1 = 
15000 mcd) und bei der zweiten weißen LED die Stromstärke zwischen 2 und 
20 mA variiert. Deren reduzierte Leuchtstärke L2 habe ich dann über die 
Abstände d1 und d2 ermittelt und zum Schluss L2 gegen die elektrische 
Leistung P aufgetragen. Ich erhalte einen annähernd linearen 
Zusammenhang...

[Christoph E. (stoppi)]

Da ich ja für einige Versuche zwei regelbare Netzteile benötige und ich 
dann nicht das schwere und unhandliche 30V/30A-Monster verwenden möchte, 
bastel ich mir gerade ein zweites Netzteil bestehend aus einem 
Laptopnetzteil (konkret HP-Netzteil mit 19V und 6A). So eines habe ich 
bereits und liebe es. Und die Kosten dafür sind auch sehr überschaubar.

Gebrauchtes Laptopnetzteil: 10 Euro
10A Step down converter: 8 Euro
Gehäuse: 10 Euro
Lüfter: 2 Euro
Potentiometer: 2 Euro
U/I-Meter: 4 Euro
Rest: 2 Euro
Gesamt: 38 Euro

Auf willhaben habe ich mir dann noch einen Windsensor gekauft. Dieser 
scheint mit Reed-Schalter zu funktionieren. Prellen eigentlich 
Reed-Schalter? Die Auswertung übernimmt ein Arduino. Kalibrieren werde 
ich den Sensor mit dem Hitzdrahtanemometer, welches ich vor kurzer Zeit 
aus Berlin geschenkt bekommen habe...

[Ove M. (Firma: ;-) gibt es auch) (hasenstall)]

Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie werden durch 
das auslösende Magnetfeld gehalten. Mit abnehmenden Kontaktabstand 
werden die Kräfte der Zungen aufeinander zu immer größer.
Sie haben eher die Tendenz zum kleben.

[K. M. (kmj)]

>Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie werden durch das 
auslösende Magnetfeld gehalten...

So die Theorie. Bei mir prellt sowohl ein Reed-Kontakt mit 
Magnetbetätigung als auch ein Reed-Relais (SIL05 MEDER).

[Christoph E. (stoppi)]

Danke, euch beiden. Falls der Reedkontakt prellt, löse ich das einfach 
in der Software, indem ich zu kurz hintereinander erfolgte interrupts 
ignoriere...

Mit meinem Propellermotor möchte ich noch den Auftrieb eines Tragflügels 
in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit ermitteln. Sollte ja eine 
v²-Abhängigkeit zeigen. Für das Experiment lasse ich mir gerade einen 
Tragflügel + Halterung 3d-drucken. Die Auftriebskraft erfasse ich mit 
einem HX711-Waagesensor + 1 kg Biegebalken. Damit kann ich die Kraft in 
mN bestimmen, das müsste genau genug sein. Sonst wechsle ich einfach auf 
einen anderen Biegebalken...

[Christoph E. (stoppi)]

Hier 
(https://iitr.ac.in/Academics/static/Department/Physics/BTech%201st%20year%20lab/11_Plancks_Constant.pdf) 
bin ich noch auf einen schönen Versuch zur Bestimmung des Planckschen 
Wirkungsquantums mittels einer Solarzelle gestoßen.

Man benötigt für das Experiment lediglich eine Glühbirne an einem 
verstellbaren Netzgerät, einen Schmalbandfilter und dann noch eine 
Solarzelle und ein Amperemeter.

Man stellt mit dem Netzgerät eine bestimmte Spannung U ein und bestimmt 
dann den aktuellen Widerstand R des Glühfadens. Daraus und dem 
Widerstand bei Raumtemperatur lässt sich die Temperatur T des Glühfadens 
ermitteln. Zwischen Glühbirne und Solarzelle befindet sich der 
Schmalbandfilter.

Meinen für lambda = 650 nm habe ich günstig auf ebay.com gekauft: 
https://www.ebay.com/itm/275733102726

Nun misst man den Kurzschlussstrom I der Solarzelle. Dies wiederholt man 
für verschiedene Temperaturen des Glühfadens. Zum Schluss trägt man 
ln(Kurzschlussstrom) gegen 1/T auf und müsste eine fallende Gerade 
erhalten. Für den Anstieg dieser Geraden gilt: k_Gerade = - h * c / 
(lambda_0 * k_B)

lambda_0 ist dabei die Zentralwellenlänge des Schmalbandfilters. Bis auf 
h kennt man alle Größen und so kann man aus der Geradensteigung das 
Plancksche Wirkungsquantum h bestimmen.

Man kann aber auch von einem bekannten h ausgehen und dann die 
Boltzmannkonstante k_B experimentell auf diese Weise bestimmen. Also ein 
Versuch für zwei Naturkonstanten :-)

Link zu mehr Information: 
https://stoppi-homemade-physics.de/wirkungsquantum/

Wenn der Rotfilter angekommen ist, melde ich mich wieder...

[Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)]

Christoph E. schrieb:
> Plancksches Wirkungsquantum

Finde ich schon erstaunlich, mit welcher Präzision sich das 
Wirkungsquantum mit vergleichsweise simplen Experimenten ermitteln läßt!

[Johann L. (gjlayde)]

Christoph E. schrieb:

> k_Gerade = - h * c / (lambda_0 * k_B)

Seit der SI-Revision 2019 und der damaligen Neudefinition des Kilogramms 
hat h einen fest definierten Wert.  Siehe uum Beispiel:

https://de.wikipedia.org/wiki/Planck-Konstante#Wert_und_Zeichen

Dito für k_B (ebenfalls seit 2019) und für c (seit 1983):

https://de.wikipedia.org/wiki/Boltzmann-Konstante#Wert
https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit#Wert

Der einzige unbekannte Faktor in der Steigung der Geraden ist daher λ_0, 
welches nur zu einer gewissen Genauigkeit bekannt ist.

Geht man von einem exakt bekannten λ_0 aus, dann bringt jede Messung 
einen Datenpunkt P_n mit Koordinaten ln(I_n) und 1 / T_n, der irgendwo 
in der Nähe der Geraden liegt.  Kennt man also die Genauigkeit der 
Strommessung so kann man also auf die Genauigkeit der Temperaturmessung 
zurückschließen und vice versa.

Die Messung macht also (nur) eine Aussage über die Genauigkeit des 
Versuchsaufbaus :-)

[Michael B. (laberkopp)]

Ove M. schrieb:
> Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie

Falsch erinnert.

[Ove M. (Firma: ;-) gibt es auch) (hasenstall)]

Michael B. schrieb:
> Ove M. schrieb:
>> Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie
>
> Falsch erinnert.

Das hab ich bereits mit dem Beitrag von K.M. (kmj) gelesen und in meinem 
Hirn gerade gebogen! Dankeschön! Nennt sich auch gelernt!
Wundern tut es mich trotzdem und das darf es auch. Hier passen Theorie 
und Praxis offensichtlich nicht so ganz zusammen.

Fazit: Deine Antwort kommt spät und ist wenig bis Null hilfreich!

[Ove M. (Firma: ;-) gibt es auch) (hasenstall)]

Christoph E. schrieb:
>… Die Auftriebskraft erfasse ich mit
> einem HX711-Waagesensor + 1 kg Biegebalken. Damit kann ich die Kraft in
> mN bestimmen, das müsste genau genug sein. Sonst wechsle ich einfach auf
> einen anderen Biegebalken...

Sag bitte, bist du dir sicher, das so klappt?
Überschlag: 1kg entspr. 10N 1mN sind dann Faktor 10.000. Ohne weitere 
Störgrößen leicht vorstellbar. Nun braucht es aber locker nochmal den 
Faktor 10 drauf, um irgendwie mit den Störgrößen umzugehen.
Man kann zwar viel Auflösung von ADC holen, aber die physikalisch 
reproduzierbare Auflösung deines Biegebalken passt nur unter besonderen 
Umständen. Dazu kommt Rauschen, Temperatur, das Rauschen deines Flügels 
im Luftstrom und die resultierende Querkaft. Ich lasse mich gerne eines 
besseren belehren, aber ich vermute stark, dass das mit den mN nicht 
klappt.
Just my two cents! Viele Grüße Ove

[Christoph E. (stoppi)]

@Ove: Das Experiment wird zeigen, wie sehr die Kraftanzeige schwankt. 
Ich müsste auch einmal ausrechnen, in welchem Kraftbereich der 
dynamische Auftrieb ca. liegen wird. Danke aber für deinen Kommentar...

Der Windsensor ist mittlerweile angekommen und so konnte ich ihn 
kalibrieren. Ich erhalte folgenden linearen Zusammenhang zwischen 
Pulsfrequenz f und Windgeschwindigkeit v: v = 0,2361 * f + 1,1557. Bei f 
= 0 gebe ich aber aus verständlichen Gründen die Geschwindigkeit 0 aus.

[Henrik V. (henrik_v)]

und wie misst Du f = 0 Hz ?

;)  :D
Bei einer Updaterate von ?  10s?

Nicht ganz ernst gemeint (schreib's mal besser dazu)

Bei dem gezeigtem Aufbau wird die Strömung aber alles andere als laminar 
sein ..  Ein paar Kartons und Strohhalme  für einen kleinen Windkanal?

[Christoph E. (stoppi)]

@Henrik: Ich messe die innerhalb einer Sekunde ankommenden Pulse, von 
daher ist f = 0 Hz kein Problem, wenn eben nix ankommt. Bei meinem 
ersten Programm habe ich die Zeit zwischen zwei Interrupts gemessen und 
daraus die Frequenz berechnet. Da gab es dann nur eine geänderte 
Anzeige, wenn das Interrupt ausgelöst wurde. Bei Windstille eben ein 
Problem... Und zudem waren bei dieser Variante die Zahlenwerte durch die 
schnelle Änderung kaum ablesbar auf dem Display. Also wechselte ich zum 
Zählen der innerhalb 1 Sekunde ankommenden Pulse...

Windkanäle habe ich zwei bereits gebastelt. Einen ausgelegt auf hohe 
Windgeschwindigkeiten für die Messung des cw-Werts und einen mit 
niedrigen Windgeschwindigkeiten zur Sichtbarmachung der Strömungslinien. 
Jetzt für dieses Experiment wollte ich mir ähnliches nicht schon wieder 
antun und habe den Propellermotor einfach ohne Trinkhalme etc. 
betrieben.

[Christoph E. (stoppi)]

Hier bin ich über ein Arduino-Projekt mit dem Farbsensor TCS34725 
gestoßen: 
https://www.makerblog.at/2015/01/farben-erkennen-mit-dem-rgb-sensor-tcs34725-und-dem-arduino/

Den Sensor gibt es um ca. 7 Euro auf Amazon: 
https://www.amazon.de/SEAFRONT-Farbsensor-Modul-TCS34725-RGB/dp/B07XRQ42MR

Die Farberkennung habe ich mit färbigen Süßigkeiten überprüft. 
Funktioniert teilweise recht gut, teilweise tut sich der Sensor sehr 
schwer, da die RGB-Intensitäten zum Beispiel bei Orange und Gelb und Rot 
nur sehr wenig voneinander abweichen. Aber eine nette Spielerei ist es 
zweifelsohne...

Einen simplen Farbmischapparat mit Arduino und einer RGB-LED habe ich 
auch umgesetzt. Auf diese Weise können die Schüler die additive 
Farbmischung erfahren und sich ein wenig spielen.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Hallo Christoph,

falls Du diesen Bericht noch nicht kennen solltest:

https://www.rapp-instruments.de/Radioaktivitaet/cloud-chambers/wehrmeister/wehrmeister.htm
https://www.rapp-instruments.de/Elektronik/modell/chamber/cham.htm

Mfg,
Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank Gerhard für deine Tipps. Nebelkammern habe ich mittlerweile 
in 3 verschiedenen Ausführungen umgesetzt. Einmal eine 
Diffusionsnebelkammer mit Peltierelementen und dann noch 2 nach Wilson 
durch Expansion. Eine ganz einfache (wohl die simpelste Nebelkammer die 
es gibt) und dann noch eine etwas aufwendigere mit Hochspannung zum 
Absaugen der entstandenen Ladungsträger...

Links:
https://www.youtube.com/watch?v=Dzdx0UdHCs8
https://www.youtube.com/watch?v=fefuESvisGI
https://www.youtube.com/watch?v=fUYhM6hw148

Die 3d-Druckteile für meinen Tragflügelversuch und das Malusgesetz 
müssten heute oder morgen ankommen. Beim Malusgesetz bestimmt man 
einfach die durch einen zweiten Polarisationsfilter durchkommende 
Intensität in Abhängigkeit von dessen Drehwinkel. Müsste eine 
cos²(phi)-Abhängigkeit zeigen.

[Christoph E. (stoppi)]

Die 3D-Druckteile sind heute angekommen. Ein erster kurzer Test mit dem 
Tragflügel ergab tatsächlich eine geringe Auftriebskraft. Da werde ich 
in den nächsten Tagen eine Messreihe durchführen.

Die beiden Zylinder mit Stiel für das Malusgesetz haben auch schon ihren 
Platz in der Halterung gefunden. Zum Glück hatte ich noch 
Polarisationsfolie von meinen letzten Experimenten übrig. Die kaufe ich 
immer bei AstroMedia um kleines Geld 
(https://astromedia.de/Die-Polarisations-Filterfolie).

Als Laser für das Malusgesetz werde ich einen mit nur 5 mW nehmen, das 
dürfte locker reichen. Denn sonst übersteuert der TSL252R Lichtdetektor 
eh nur. Die Messergebnisse reiche ich dann hier nach...

[Christoph E. (stoppi)]

So, die erste Messreihe mit dem Tragflügel bei keinem/sehr geringem 
Anstellwinkel ist im Kasten. Ich erhalte tatsächlich eine annähernde 
v²-Abhängigkeit der Auftriebskraft (siehe letzte Spalte in der 
Exceltabelle).
Konkret gilt für meinen Versuchsaufbau: F_Auftrieb = 0.36 * 0.001 * v².

Daraus lässt sich dann der Auftriebsbeiwert c_a berechnen. Ich erhalte 
einen Wert von c_a = 0.165. Eine kurze Recherche im Internet ergab, dass 
dieser Wert durchaus plausibel ist.

Quelle: 
https://www.mb.uni-siegen.de/lfst/lehre/dokumente/maschinenlabor.pdf

Auf Seite 31 sind die Auftriebsbeiwerte c_a für einen 
NACA-0015-Tragflügel bei verschiedenen Anstellwinkel angeführt. Bei 
geringem Anstellwinkel liegen die Werte im Bereich meines Messwerts. Von 
daher ist wohl meine Messung nicht komplett verkehrt, Heureka...

Link zu mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/tragfluegel-auftrieb/

[Jack V. (jackv)]

Es gibt im Netz Rechner, mit denen sich so Profile und Tragflächen 
berechnen lassen. Manche Leute nutzen sie, um damit RC-Flugmodelle zu 
erstellen, die sie dann drucken – und anschließend fliegen.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke, Jack.

Sonst findet man aber im Internet nicht gerade viele c_a/c_w-Graphen zu 
angegebenen Profilen.

Ich habe mich noch einmal schlau gemacht. Das von mir zitierte Profil 
NACA-0015 ist leider ein völlig symmetrisches. Von daher hinkt ein Bezug 
darauf, denn bei meinem Profil handelt es sich um ein 
nicht-symmetrisches. Ich habe hier 
(https://www.thuro.at/index.php/11-aerodynamik/52-aerodynamik4) zum 
Beispiel auch einen c_a-c_w-Graphen entdeckt. Bei 0° Anstellwinkel 
beträgt der c_a-Wert ca. 0.1. Ob es sich bei dem Graphen um einen 
tatsächlich aufgenommenen handelt oder er rein symbolisch zu betrachten 
ist, weiß ich leider nicht. Ein Tragflügelprofil dazu ist auch nicht 
angegeben. Ansonsten liegen die c_a-Werte durchaus höher als mein Wert 
mit 0.165. Man muss aber berücksichtigen, dass mein Ergebnis für einen 
Anstellwinkel 0° gilt. Und der c_a-Wert wächst linear in bestimmten 
Grenzen mit dem Anstellwinkel. Daher werde ich wohl noch eine zweite 
Messreihe aufnehmen mit größerem Anstellwinkel...

Die beiden Bandpassfilter für die Bestimmung des Planckschen 
Wirkungsquantums mit Solarzelle sind heute eingetroffen. Ich werde mit 
einem meiner Spektrographen eine Absorptionskurve von ihnen aufnehmen. 
Die Halbwertsbreite sollte bei 40 nm (für den 650 nm-Filter) bzw. nur 10 
nm (für den 785 nm-Filter) liegen. Der schmalbandigere erfüllt natürlich 
besser die Versuchsbedingungen.

Solarzelle hatte ich noch in meiner Experimentierkiste. Wenn ich 
Messungen zum Planckschen Wirkungsquantum damit gemacht habe, kann ich 
ja wieder berichten...

[Christoph E. (stoppi)]

So, das Malusgesetz konnte ich heute experimentell überprüfen. Die 
Übereinstimmung zwischen Theorie (cos²(phi)) und Experiment ist recht 
gut. Damit der Lichtsensor aber nicht in Sättigung ging, musste ich den 
Laser gehörig drosseln...

Mehr Informationen zum Experiment: 
https://stoppi-homemade-physics.de/malusgesetz/

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern konnte ich eine Messung zum Planckschen Wirkungsquantum mittels 
Solarzelle und Schmalbandfilter durchführen. Dies muss natürlich im 
Dunkeln vonstatten gehen, denn sonst reagiert ja die Solarzelle auch auf 
das Umgebungslicht. Die Spannung der Glühbirne variierte zwischen 1V und 
14V, der Kurzschlussstrom zwischen 100nA und 420µA. Der Graph 
ln(I_Kurzschluss) in Abhängigkeit von 1/T ist schön gerade. Mittels der 
Steigung kann dann das Plancksche Wirkungsquantum berechnet werden. Ich 
erhalte 4.04 * 10^-34 Js, der Sollwert liegt bei 6.63 * 10^-34 Js. Damit 
bin ich eigentlich zufrieden.

Ich werde heute aber den Versuch noch mit dem 785nm-Filter durchführen, 
der ist schmalbandiger als der rote 650nm-Filter. Dessen 
Absorptionsspektrum habe ich mit meinem Webcamspektroskop aufgenommen. 
Dazu dividiere ich den Intensitätsverlauf mit Filter durch jenen ohne 
Filter. Das Ergebnis deckt sich mit dem Verlauf vom Verkäufer...

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe den Versuch zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums 
noch mit dem 785nm-Schmalbandfilter durchgeführt. Wie zu erwarten war, 
liegt nun der Wert für h näher am Sollwert, da dieser Filter eine 
geringere Halbwertsbreite (nur 10 nm) hat als der rote 650nm von 
zuletzt. Die Kurzschlussströme habe ich mit meinem µA-Meter gemessen, da 
mein Multimeter dafür zu ungenau gewesen wäre.

Das experimentelle Ergebnis für h könnte zwar etwas besser sein aber ich 
freue mich, einen weiteren Versuch zur Bestimmung des Planckschen 
Wirkungsquantums entdeckt zu haben. Jetzt sind es bereits drei 
verschiedene Ansätze: Einmal über die Schwellspannung einer LED, dann 
über den Photoeffekt und jetzt noch mittels Solarzelle...

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/wirkungsquantum/

P.S.: Das eigentliche Experiment habe ich natürlich im Dunkeln 
durchgeführt, damit nicht schon das Umgebungslicht für einen 
Kurzschlussstrom sorgt.

[Christoph E. (stoppi)]

Hier gibt es das Youtube-Video zum Planckschen Wirkungsquantum mit 
Solarzelle: https://www.youtube.com/watch?v=fyHDlteTDNw

Ein noch ausständiges Experiment ist das Kundtsche Rohr zur 
Sichtbarmachung stehender Wellen. Einige Teile dafür (Pfeife, 
Plexiglasrohr) sind schon eingetroffen, auf den Rest (Lautsprecher, 
Korkmehl) warte ich noch.

Die Frequenz der Trillerpfeife konnte ich mit Audacity zu ca. 2600 Hz 
ermitteln. Damit sollten die Korkmehlhaufen einen Abstand von ca. 6.6 cm 
(= Lambda/2) haben.

[Christoph M. (mchris)]

>Christoph E. (stoppi)

Du bist auf Hackaday:

https://hackaday.com/2023/08/18/measuring-plancks-constant-again/

Gratulation :-)

[Christoph E. (stoppi)]

Danke Christoph für den Hinweis. Und ich habe mich schon gewundert, 
warum ich an dem Tag so viele Zugriffe auf meine Homepage hatte ;-)

Auf Amazon 
(https://www.amazon.de/Fun-Trading-Pathfinders-Leonardo-Holzbaukasten/dp/B0791HNB86/) 
bin ich neulich über ein Leonardo da Vinci Katapult gestoßen. Mit meinen 
Schülern hatte ich ja schon einmal mit eher bescheidenen Erfolg ein 
Trebuchet gebaut. Da das da Vinci Katapult nur 22 Euro kostet, habe ich 
es mir natürlich gleich besorgt. Der Zusammenbau macht Spaß und das Ding 
funktioniert eigentlich sehr gut. Mit der Freeware Tracker 
(https://physlets.org/tracker/) habe ich dann die Bewegung analysiert 
und komme auf eine Geschwindigkeit von rund 58 km/h, ganz schön 
beachtlich. Die Tonkugel wird auf jedem Fall sehr ordentlich durch die 
Küche geschleudert, ähm ich meinte katapultiert...

Hier sieht man auch die High Speed Videos: 
https://stoppi-homemade-physics.de/katapult/

Dort findet man auch meinen Versuch, die Bewegung des Trebuchets mit 
Excel zu simulieren. Das wurde extrem aufwendig und das Resultat ist 
noch gelinde gesagt verbesserungswürdig.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Was mich betrifft, hätte ich Dich gerne als meinen Physiklehrer gehabt. 
Das wäre bestimmt spannend gewesen. Deine Web Präsenz ist übrigens auch 
nicht ganz Ohne. Echt toll gemacht!

Vg,
Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

Für den Versuch mit dem Kundtschen Rohr verwende ich meinen OPA549 
Leistungsverstärker. Der kann bis zu 6A liefern. Gespeist wird er von 
meinen beiden Laptop-Netzteilen dann mit +/-19V. Das Eingangssignal 
generiere ich mit einer Smartphone-Funktionsgenerator-App.

Da der Verkäufer des Korkmehls Lieferschwierigkeiten hat und die Ware 
erst im September versenden kann habe ich mich auf Amazon umgesehen und 
kleine Styroporkugeln bestellt. Link: 
https://www.amazon.de/dp/B00MX3PQ7E. Die haben einen maximalen 
Durchmesser von 3 mm. Mal schauen, ob es mit denen im Kundtschen Rohr 
klappt. Müssten morgen ankommen...

Und dann habe ich noch mit meiner Tochter eine neue Sekundärspule für 
meine DRSSTC gewickelt. Basis ist ein 7.5 cm PVC-Rohr, welches auf 50 cm 
Länge bewickelt ist. Bei der alten Spule gab es leider Lichtbögen 
zwischen einzelnen Windungen. Jetzt isoliere ich sie noch mehrmals mit 
Lack und dann werde ich sie testen.

[Henrik V. (henrik_v)]

Christoph E. schrieb:

> Die Frequenz der Trillerpfeife konnte ich mit Audacity zu ca. 2600 Hz
> ermitteln.

Leider heute nicht mehr so vielseitig verwendbar ;)

https://de.wikipedia.org/wiki/John_T._Draper

aka Captain Crunch

[Jack V. (jackv)]

Nix für ungut, aber 8MB für einen verrauschten Screenshot sind dann doch 
leicht übertrieben …

[Christoph E. (stoppi)]

@Henrik: Danke für den Link, kannte ich noch nicht ;-)

@Jack: Ich habe versehentlich das Bild mit der hohen Auflösung 
hochgeladen. Verkleinere ja all meine Bilder für hier bzw. meine 
Homepage auf ca. 1000x750 Pixel. Als ich es dann bemerkt habe, war es 
schon zu spät...

Die Styroporkügelchen sind gestern bereits angekommen. Mit rund 3-4 mm 
Durchmesser waren sie aber ein wenig zu groß für das Experiment. Also 
bin ich die wohl dämlichste Arbeit die es gibt angegangen und habe ca. 
600 Kugeln mit der Nagelschere geviertelt. Das tue ich mir bestimmt 
nicht noch einmal an.

Jetzt bekomme ich schöne stehende Wellen für die Grundschwingung (lambda 
= 2*L, f = 250 Hz) und die erste Oberschwingung (lambda = L, f = 500 
Hz). Bei 750 Hz ist dann die Ausbildung der Schwingungsbäuche nur noch 
sehr gering. Mein 5W Lautsprecher ist zu schwach dafür. Betreibe ihn an 
meinen Leistungsverstärker eh schon total über dem Limit (0.75A bei 19V 
Amplitude). Deshalb wird er nach wenigen Sekunden auch brennheiß und ich 
muss ihn wieder abkühlen lassen. Vielleicht hole ich mir noch einen 
leistungsstärkeren Lautsprecher und lasse dann eine Verjüngung zur 
Ankopplung ans Rohr 3d-drucken.

Die Schallgeschwindigkeit habe ich auch bestimmt. Bei der ersten 
Oberschwingung bei f = 503 Hz betrug der Abstand der beiden 
Schwingungsbäuche 35 cm (= lambda/2). Daher ergibt sich die 
Schallgeschwindigkeit zu c = 503 * 0.7 = ca. 350 m/s.

Lustig zu beobachten sind auch die sich bildenden Rippel im Abstand von 
ca. 2 cm. Sind das einfach nur Oberwellen oder hat es eine andere 
Bewandtnis mit ihnen?

[Henrik V. (henrik_v)]

2cm -> 4cm periode -> f~8,5kHz mmhh

[John B. (craftsman)]

Christoph E. schrieb:
> 600 Kugeln mit der Nagelschere geviertelt

Respekt. DAS nenne ich Motivation.

Christoph E. schrieb:
> Sind das einfach nur Oberwellen oder hat es eine andere
> Bewandtnis mit ihnen?

Vielleicht ein elektrostatisches Phänomen? Du könntest prüfen, ob sich 
das bei erhöhter Luftfeuchtigkeit ändert. Oder das Rohr antistatisch 
auswischen.

[Henrik V. (henrik_v)]

Mechanische Resonanz des Rohrs? (c von Plexiglas?)
Mit Mik und Audacity oder Mobilapp mal Spektrum ansehen? Amplitude ist 
ja zu erwarten.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für eure Kommentare zum Kundtschen Rohr...

Im Buch "15 dangerously mad projects for the evil genius" von Simon Monk 
bin ich unlängst auf zwei einfache Schaltungen zur Sprachmodulation 
eines Lasers gestoßen. Die Schaltpläne habe ich etwas auf meine 
Bedürfnisse abgestimmt und dann gleich die Teile dafür besorgt, z.b. ein 
Audioverstärkermodul 
(https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/product_info.php?cPath=222_361&products_id=5337).

Bei Neuhold-Elektronik in Graz gibt es zum Glück fast alles und auch 
noch verbleites Lötzinn.

Das Experiment funktioniert recht gut und man kann mit dem schwachen 
5mW-Laser entweder ein über Klinke eingespeistes Audiosignal oder die 
über ein Elektretmikrofon eingespeiste Stimme übertragen. Für größere 
Distanzen muss dann natürlich auf einen stärkeren Laser zurückgegriffen 
werden.

Hier auf meiner Homepage findet man jetzt 4 verschiedene Schaltungen zur 
Laser/LED-Modulation: 
https://stoppi-homemade-physics.de/lasermodulation/

[Christoph E. (stoppi)]

Eine Spielerei hätte ich noch und zwar die Bestimmung der 
Erdbeschleunigung mittels Arduino. Basis bildet die Formel für den 
freien Fall: s = 1/2  g  t². Mit Potentiometer und Taster wird die 
Fallhöhe s eingegeben. Eine Metallkugel wird mit einem Elektromagneten 
(Solenoid) zunächst in Position gehalten und dann freigelassen. Dabei 
wird die Startzeit t1 ermittelt. Die frei fallende Kugel trifft auf eine 
Waage und löst die Stoppzeit t2 aus. Daraus lässt sich dann g berechnen 
und der Wert wird am Display angezeigt.

Das Solenoid und die Wägezelle (100 g damit die Waage sensibel genug 
ist) habe ich auf Amazon bestellt. Der Elektromagnet wird aber sehr 
warm, sodass ich ihn im Experiment so kurz wie möglich eingeschaltet 
lasse. Hoffentlich hält er die Metallkugel stabil genug, wenn er diese 
gegen einen Metallwinkel drückt. Mal schauen...

[Jack V. (jackv)]

Christoph E. schrieb:
> Eine Metallkugel wird mit einem Elektromagneten
> (Solenoid) zunächst in Position gehalten und dann freigelassen. Dabei
> wird die Startzeit t1 ermittelt. Die frei fallende Kugel trifft auf eine
> Waage und löst die Stoppzeit t2 aus.

Meine Lösung wären zwei Lichtschranken gewesen. Je nach 
Genauigkeitsanspruch vermiesen dir hier zwei Effekte die Messung: das 
Magnetfeld des Elektromagneten ist beim Abschalten nicht schlagartig 
Null, und beim Aufprall der Kugel auf die Wägezelle spielt 
Massenträgheit eine Rolle.

[Joe G. (feinmechaniker)]

Jack V. schrieb:
> beim Aufprall der Kugel auf die Wägezelle spielt Massenträgheit eine Rolle.

Die Waage, genauer der Biegebalken mit Dehnmesstreifen für die 
Verformung, misst doch eine Kraft (Stoßkraft). Welche Massenträgheit 
sollte hier eine Rolle spielen?

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Christoph E. schrieb:
> Die frei fallende Kugel trifft auf eine
> Waage und löst die Stoppzeit t2 aus.

Den Aufprall auf der Waage kann auch mit dem Oszi dargestellt werden. Es 
lassen sich so auch unterschiedliche Dämpfungseigenschaften von Stoffen 
auf die die Kugel fällt, untersucht werden.

[Jack V. (jackv)]

Joe G. schrieb:
> Die Waage, genauer der Biegebalken mit Dehnmesstreifen für die
> Verformung, misst doch eine Kraft (Stoßkraft). Welche Massenträgheit
> sollte hier eine Rolle spielen?

Der Träger des Messstreifens verformt sich nicht direkt beim ersten 
Kontakt mit der Kugel so, dass es registriert wird; er muss sich selbst 
erstmal in Bewegung setzen. Das setzt einen gewissen Energieübergang 
voraus, der nicht in Nullzeit stattfinden kann.

In welchem Maß sich das auswirkt, weiß ich nicht – dass es aber eine 
Auswirkung haben muss, halte ich für einigermaßen feststehend. Deswegen 
die Einschränkung „je nach Genauigkeitsanspruch“ – mag sein, dass es für 
Christophs Zielpräzision völlig ausreichend ist.

[John B. (craftsman)]

Joe G. schrieb:
> Die Waage, genauer der Biegebalken mit Dehnmesstreifen für die
> Verformung, misst doch eine Kraft (Stoßkraft). Welche Massenträgheit
> sollte hier eine Rolle spielen?

Die Verformung bis zu einem registrierbaren Signal geschieht in der 
Realität während einer bestimmten Zeit und während dessen mird Masse des 
Dehnungsmessstreifens bewegt, also beschleunigt.

Die Frage ist, wie stark die dabei auftretende Verzögerung des Signals 
durch die Trägheit ins Gewicht fällt.

PS:Jack war schneller :-)

[Christoph E. (stoppi)]

Für kurze Kraftstöße ist der HX711 ungeeignet, da er maximal nur 80 
Messungen pro Sekunde durchführen kann. Zur Aufzeichnung solcher 
verwende ich eine Schaltung mit Operationsverstärker, dessen Ausgang 
dann direkt mit einem Oszilloskop verbunden ist. Wie man am Graphen 
sehen kann ist etwa der Aufprall eines Tennisballs nach 5 ms schon 
wieder vorbei. Das kann man auch sehr schön mit meiner Casio Exilim High 
Speed Kamera überprüfen...

Lichtschranken wollte ich dieses mal bei der Bestimmung von g nicht 
einsetzen und auf eine andere Methode setzen. Ich habe natürlich einige 
Einflüsse, die mir die Messgenauigkeit versalzen wie 
Auslösegeschwindigkeit des Hubmagneten, Reaktionszeit der Wägezelle, 
Startzeitpunkt vor dem Auslösen des Magneten oder nach dem Befehl, 
Luftwiderstand usw.

Die Genauigkeit muss jetzt nicht enorm hoch sein, mit g = 10 m/s² wäre 
ich schon zufrieden ;-)

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Christoph E. schrieb:
> Die Genauigkeit muss jetzt nicht enorm hoch sein, mit g = 10 m/s² wäre
> ich schon zufrieden ;-)

g=9,5 m/s² wäre ein nicht geschummelter Wert bei dem Versuch. ;-)
Der Ball fällt ja nicht im Vakuum.

[Christoph E. (stoppi)]

Nachdem die Halterung für den Hubmagneten fertig ist, konnte ich eine 
erste Messreihe durchführen. Ergebnis: g = ca. 9.50 m/s². Die Schaltung 
spinnt manchmal aus unerklärlichen Grund, dem werde ich noch nachgehen. 
Ansonsten sind die Ergebnisse reproduzierbar und einigermaßen 
zufriedenstellend. War ja auch nur eine Spielerei zwischendurch ;-)

[Gerhard O. (gerhard_)]

Das nenne ich Physik in Aktion! Echt toll wie so Vieles mit bescheidenen 
Mitteln von Dir realisiert wurde. Ich hoffe, Deine Schüler schätzen so 
einen Lehrer wie Du es bist. Ich bin begeistert von den vielen Berichten 
und Deiner Webpräsenz.

Wie schwer war es den ADC Spitzenwert beim Aufprall zu erfassen? Sollte 
die externe Erfassung zu langsam sein, könnte man vielleicht einen 
Instrumentverstärker mit folgender Analog Spitzenwert Schaltung dem 
internen AVR ADC vorschalten. Dann kann sich der ADC Zeit lassen.

Da der interne AVR ADC viel schneller ist, wäre es möglicherweise auch 
ausreichend den Instrumentverstärker einfach dem AVR vorzuschalten und 
die Spitzenwerterkennung in FW machen. 10-bit sollten da schon 
ausreichend sein. Vielleicht kommst Du dann auf g +/- 1-2%, oder besser.

Es wäre auch interessant, das Experiment in einer dichten Plexiglass 
Röhre zu wiederholen und so gut es geht evakuieren. Ich habe aus der 
Bucht einige Diaphgrampumpen.  Damit komme ich auf -0.3 Bar Vakuum. Das 
könnte schon einen meßbaren Unterschied bewirken.

VG,
Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe den freien Fall noch mit Excel mit und ohne Luftwiderstand 
simuliert. Ohne Luftwiderstand komme ich logischweise auf eine 
Erdbeschleunigung von g = 9.81 m/s². Mit Luftwiderstand (c_w = 0.45 für 
eine Kugel, m = 4.10 g, A = 78.5 mm², Luftdichte = 1.25 kg/m³) erhalte 
ich eine Erdbeschleunigung von 9.796 m/s².

Meine doch recht deutliche Abweichung mit g = 9.50 m/s² liegt also nicht 
am Luftwiderstand, sondern anderen Messeinflüssen...

[Christoph E. (stoppi)]

Ca. im Jahr 2007 habe ich schon einmal einen grünen DPSS-Laser (diode 
pumped solid state) gebastelt. Die Basis bildete eine 
808nm-IR-Laserdiode und ein Nd:YVO4-KTP-Kristall. Der Nd:YVO4-Kristall 
wandelt die 808 nm in 1064 nm um. Der KTP-Kristall verdoppelt dann die 
Frequenz, sodass grünes Laserlicht mit 532 nm ensteht.

DPSS-Laser werden zunehmend von reinen Diodenlaser abgelöst, aber ich 
finde die 532 nm nach wie vor als das schönste grün. Neulich bin ich 
dann bei ebay.com über einen günstigen Nd:YVO4-KTP-Kristall gestolpert. 
Den musste ich natürlich gleich kaufen. Die passenden 
808nm-IR-Laserdioden mit 500 mW Leistung wurden gleich mitgeordert.

Der Aufbau ist aber alles andere als einfach und nichts für Ungeduldige. 
Der IR-Laserstrahl muss ganz genau auf den Eintritt des 
Nd:YVO4-KTP-Kristalls fokussiert werden. Erst dann kann man mit Geduld 
dem Kristall grünes Laserlicht entlocken. Der Wirkungsgrad liegt bei nur 
20%. Das heißt, bei 500 mW Pumpleistung kann bestenfalls mit 100 mW 
grünem Laserlicht gerechnet werden. In meinem Fall sind es viel, viel 
weniger. Aber wenn man nach etlichen Versuchen dann das erste grüne 
Laserlicht erblickt, freut man sich sehr. Wirtschaftlich ist der gesamte 
Aufbau natürlich nicht. Fix und fertige grüne DPSS-Laser bekommt man für 
kleines Geld nachgeworfen.

Link zu mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/dpss-laser/

[Christoph E. (stoppi)]

Vor mehr als 15 Jahren habe ich teilweise mit aus einem DVD-Brenner 
ausgeschlachteten Teilen (halbdurchlässiger Spiegel, Laserdiode) ein 
Michelson-Interferometer gebastelt. Das hat auch sehr gut funktioniert 
und ich kann mich noch gut an die Freude erinnern, als ich die ersten 
Interferenzstreifen sehen konnte.

Nun bin ich im Phywe-Katalog 
(https://www.phywe.de/physik/licht-und-optik/beugung-und-interferenz/magnetostriktion-mit-dem-michelson-interferometer_27239_29252/) 
auf eine Anwendung des Michelson-Interferometers gestoßen und zwar die 
Magnetostriktion. Ferromagnetische Stoffe ändern dabei ihre Länge, wenn 
sie einem magnetischen Feld ausgesetzt werden. Diese Längenänderung 
spielt sich im µm-Bereich ab. Dies lässt sich aber mit einem 
Interferometer "leicht" nachweisen.

Der sog. Magnetostriktionskoeffizient delta_L/L_0 = (L - L0)/L0 gibt die 
relative Längenänderung an. Jetzt könnte man natürlich behaupten, da 
fehlt ja komplett die Magnetfeldabhängigkeit dieser relativen 
Längenänderung. Und in der Tat wächst zunächst diese Längenänderung mit 
zunehmenden Magnetfeld H an. Sie erreicht dann aber einen bestimmten 
konstanten Wert, den man eben in Tabellen wiederfindet. Für Nickel 
beträgt dieser ca. -50 * 10^-6 ab magnetischen Feldstärken um die 60000 
A/m. Ein 1 m langer Nickelstab ändert also bei H > 60000 A/m seine Länge 
um -50 µm, er wird also konkret kürzer.

Für das Experiment habe ich mir einen 10 cm langen Nickelstab günstig 
bestellt. Demnach erwarte ich eine Längenänderung von rund 5 µm. Die 
Auflösung mit dem Michelson-Interferometer beträgt ja ca. lambda/4, also 
bei roten Laserlicht 160 nm. Dürfte also kein wirkliches Problem sein, 
die Interferenzringe wandern zu sehen, wenn der Nickelstab einem 
ändernden Magnetfeld ausgesetzt wird.

Oberflächenspiegel von Astromedia habe ich hier bestellt: 
https://pgi-shop.de/astromedia/lenses-mirrors-foils/mirror/

Die Aluminiumteile für den mechanischen Aufbau (5 mm starke Grundplatte 
mit den Abmessungen 30 x 20 cm) kommen von 
https://www.cncshop.at/Aluminium-Platte-AlMg45Mn-H111-5-mm-x-200-mm-x-300-mm-mm-Alu-je-Stk

Druckfedern hatte ich noch im Fundus, genauso wie einen roten 100 mW 
Laser. Passende M3 Schrauben mit Inbuskopf habe ich bei Amazon geordert. 
Einen halbdurchlässigen Spiegel hatte ich zum Glück auch noch von meinen 
vorangegangenen Optikprojekten.

Weiterführende Links zum Thema Magnetostriktion:
https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetostriktion
https://www.spektrum.de/lexikon/physik/magnetostriktion/9390
https://www.researchgate.net/figure/Magnetostriction-curves-characteristic-of-Ni-thick-and-Fe-thin_fig3_321387980
https://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Magnetostriction

Wenn die bestellten Teile angekommen sind und ich weiterbasteln konnte, 
berichte ich von meinen Fortschritten. Und wenn ich wo nicht weiterkomme 
habe ich zumindest tatkräftige Unterstützung von shady, dem Hund meiner 
Tochter ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Da das feine Korkmehl aus Portugal eingetroffen ist, konnte ich noch 
weitere Versuche mit meinem Kundtschen Rohr machen. Mit Trillerpfeife 
funktionierte es leider nicht und ich konnte keine Schwingungsbäuche und 
-knoten ausmachen. Mit Leistungsverstärker + Lautsprecher klappte es 
aber dann. Bei f = 600 Hz (Grundschwingung), 1216 Hz (erster Oberton) 
und 1740 Hz (zweiter Oberton) konnte ich schöne stehende Wellen 
beobachten.
Für 1740 Hz waren insgesamt 3 Schwingungsbäuche zu beobachten mit einem 
Abstand von jeweils 10 cm = lambda/2.
Daraus ergibt sich die Schallgeschwindigkeit zu c = lambda * f = 0.2 * 
1740 = 348 m/s, was sehr gut passen würde.
Der Versuch mit dem Kundt'schen Rohr ist somit abgeschlossen...

[Christoph E. (stoppi)]

Der Bau des Michelson-Interferometers schreitet voran, nachdem diese 
Woche die Aluteile eingetroffen sind. Die Platten mit den M3-Gewinde 
musste ich aber zweimal schneiden, nachdem die Schrauben beim ersten Mal 
nicht im Gewinde hielten. Jetzt warte ich noch auf die 
Oberflächenspiegel und den Nickelstab...

Unter einem der Oberflächenspiegel werde ich einen Piezosummer 
montieren, damit ich dessen Position elektrisch verändern kann. Also 
quasi der Versuch zur Elektrostriktion.

[Christoph E. (stoppi)]

So, die simple Piezoansteuerung mittels Spannungsteilerpotentiometer ist 
fertig. Aus Versuchen mit meinem Fabry-Perot-Interferometer weiß ich, 
dass die Längenänderung pro Volt ca. im Bereich von 400 nm liegt. Mit 
der 9V Batterie kann ich also einen größeren Bereich abdecken...

Die Grundplatte hat nun Füße und die ersten Komponenten sind darauf 
festgeschraubt. Die Spule für die Magnetostriktion ist auch schon 
fertig. Ihr ohmscher Widerstand beträgt 6.4 Ohm und die Flussdichte B 
beträgt 2.2 mT pro Volt. Das entspricht einer magnetischen Feldstärke 
von 1751 A/m pro Volt. Gehe ich also mit der Spannung bis auf 30 V rauf, 
erziele ich damit eine Feldstärke von 52530 A/m. Damit komme ich in die 
Gegend der gesättigten Magnetostriktion bei Nickel (siehe obiger Graph 
Michelson-Interferometer_45). Das würde also auch einigermaßen passen, 
mal schauen...

[Christoph E. (stoppi)]

Der 10 cm lange Nickelstab (Durchmesser 8 mm) ist angekommen und ich 
konnte axial vorsichtig ein M3-Gewinde hineinschneiden. Damit fixiere 
ich die Spiegelhalterung. Jetzt warte ich eigentlich nur noch auf die 
Oberflächenspiegel von Astromedia, dann kann ich schön langsam den 
Aufbau finalisieren...

Auf Amazon habe ich mir noch 8 mm und 12 mm Wellenhalterungen bestellt 
für den Nickelstab bzw. die Aufweitungslinse am Ausgang des 
Michelson-Interferometers.

Links:
https://www.amazon.de/dp/B086TYFVK7
https://www.amazon.de/gp/product/B07QDHMXCK

[Christoph E. (stoppi)]

Die Oberflächenspiegel von Astromedia sind angekommen. Ganz perfekt ist 
ihre Oberfläche leider nicht. Mal schauen, ob dies einen negativen 
Einfluss auf die Ergebnisse hat. Jetzt fehlen nur noch die beiden 
Wellenhalterungen. Die sollten morgen und am Samstag ankommen...

Und dann habe ich meinen Mini-Marxgenerator angeworfen. Gespeist wird er 
von einem 3kV/DC HV-Modul. Gibt dann am Ausgang schöne Entladungen von 
ca. 15 mm Länge. Einen deutlich größeren Marxgenerator mit ca. 150 kV am 
Ausgang habe ich ja schon vor längerer Zeit gebastelt.

Hier der Link dazu: https://stoppi-homemade-physics.de/marxgenerator/

[Wegstaben V. (wegstabenverbuchsler)]

um es nochmal zu erwähnen:

Ich finde das absolut großartig, wie du McGyver mäßig aus "fast nix" 
wundervolle Experimente zusammen baust und dokumentierst!

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank für deinen netten Kommentar, Wegstabenverbuchsler. Das ist 
eigentlich die Intention meiner Physikprojekte. Mit wenig Geld und 
einfachen Werkzeug anspruchsvollere Experimente umzusetzen...

Heute ist die 8 mm Wellenhalterung angekommen und so konnte ich den 
Aufbau fortsetzen und erstmals testen. Es sind schöne 
Interferenzstreifen zu sehen, Heureka...

Jetzt muss ich nur noch die Halterung für die Aufweitungslinse 
montieren, dann kann ich die Magnetostriktion überprüfen. Die 
Elektrostriktion mit dem Piezoelement habe ich bereits durchgeführt. Ich 
erhalte bei 0-8V so ziemlich genau eine vollständige Wanderung der 
Interferenzstreifen, also eine Wegänderung von lambda/2 = ca. 325 nm. 
Das ist weniger als gedacht. Ich werde die Piezoscheibe noch mit mehr 
Spannung ansteuern und die Wanderung der Streifen kontrollieren...

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe heute den Versuch zur Elektrostriktion mit der Piezoscheibe für 
Spannungen von 0-24V wiederholt und das Interferenzmuster wandert dabei 
um 3 vollständige Ringe, was einer Wegänderung von 3 * lambda/2 = ca. 
1000 nm entspricht. Die Piezoscheibe verändert also ihre Dicke um 
1000/24 = ca. 40 nm/Volt. Das ist wie schon gesagt weniger als gedacht. 
Soweit ich das richtig in Erinnerung habe, hat sich der Piezo im 
Fabry-Perot-Interferometer um ca. 325 nm/V gedehnt. Müsste es aber noch 
einmal überprüfen. Wundert mich aber, wenn dermaßen große Unterschiede 
zwischen den Piezos bestehen würde...

Und dann habe ich noch den Versuch zur Magnetostriktion durchgeführt. 
Ich konnte eine schöne Wanderung der Interferenzstreifen beim Anlegen 
des Magnetfelds beobachten. Diese rührt eindeutig vom Magnetfeld her und 
nicht von einer eventuellen Erwärmung des Nickelstabs in der Spule, da 
ich die Richtung der Wanderung durch Reduzierung des Magnetfelds wieder 
gleich umkehren konnte.

Wenn ich die Spannung an der Spule von 1.4 V auf 3.4 V erhöhe, wandert 
das Interferenzmuster um 1 kompletten Ring, was einer Wegänderung von 
Lambda/2 = 325 nm entspricht. Das Magnetfeld der Spule beträgt im 
Inneren 1751 A/m pro Volt. Ich gehe von einem mittleren Magnetfeld von 
1500 A/m pro Volt aus. Also hat sich das Magnetfeld bei einer 
Spannungserhöhung um 2 V um 3000 A/m gesteigert. Die Länge des 
Nickelstabs innerhalb der Spule betrug ca. 7 cm. Also ergibt dies eine 
relative Längenänderung von 325 nm/0.07 m bei einer Magnetfeldsteigerung 
um 3000 A/m. Die Steigung macht also 1.55 * 10^-9 1/A/m aus.

Ich habe dann die Anfangssteigungen der relativen Längenänderung anhand 
mehrerer Graphen bestimmt. Bei einer Abbildung komme ich auf eine 
relative Längenänderung von 1.68 * 10^-9 pro A/m. Das würde sehr gut 
passen. In einem anderen Graphen beträgt die Anfangssteigung allerdings 
5 * 10^-9 pro A/m. Also unterscheiden sich auch die Internetquellen 
gehörig...

[Gerhard O. (gerhard_)]

Moin,

Ist es möglich, daß die Piezoscheibe in so einer Weise ungünstig 
montiert ist, so dass die freie Bewegung der Zentralregion der Scheine 
etwas behindert wird?

Vielleicht montiere die Piezoscheibe so, daß sie in 120 Grad Abständen 
nur an den Seiten gehalten wird. Dann kann sich der Transducer frei 
bewegen. Auch ein kleiner Lautsprecher (Hörkapsel) ließe sich dafür 
verwenden. Dann brauchst Du halt stabile Stromeinstellung für die 
Bewegung der Membrane.

Die Sensecomp Series 6500 Transducer dürften sich auch dafür gebrauchen 
lassen; allerdings wird dazu eine viel grössere Spannung notwendig sein.

Ich verwendete vor Jahren als Experiment auch so ein Verfahren um einen 
DRO auf 10GHz in einer PLL als "Abstimmdiode" missbraucht, abzustimmen.

Das ist für mich übrigens eines Deiner tollsten Experimente. Hätte 
selber Lust es im Winter nachzuvollziehen.

Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

Möchte man anstelle der Interferenzstreifen Ringe erhalten, muss man 
eine Sammellinse (Anm.: Meine stammt wieder von Astromedia und besitzt 
eine Brennweite von f = 26.5 mm) in einen der beiden Michelson-Arme 
einbauen.

Anhand der Interferenzringe sieht man eine Wanderung des 
Interferenzbilds etwas besser als bei den Streifen. Ich habe aber nach 
wie vor leichte Probleme mit der Elektrostriktion und Magnetostriktion. 
Bei der Elektrostriktion wandert das Muster einigermaßen kontinuierlich, 
wenn ich die Piezospannung verstelle. Allerdings nur um ca. 1 Ring bei 8 
V, was mMn deutlich zu wenig ist. Dies wären nämlich nur ca. 40 nm/V. 
Ich habe deshalb neue Piezoscheiben bestellt. Wenn diese angekommen 
sind, teste ich sie gleich…

Bei der Magnetostriktion wandern zwar mehr Ringe, aber es ist keine so 
schöne stetige Veränderung des Musters feststellbar. Vielmehr scheint 
das Muster bei Veränderung des Magnetfelds zu springen. So kann ich dann 
nur schwer sagen, wieviele Ringe es weitergewandert ist. Auch darum 
werde ich mich noch kümmern. Wenn ich die Spiegel mit der Hand bewege, 
wandert das Muster aber wie zu erwarten ist, sehr stark. Von daher 
scheint es einmal prinzipiell mit den Interferenzen zu passen.

[Christoph E. (stoppi)]

Eine sehr einfache Schaltung zum Thema magnetische Levitation habe ich 
noch im Köcher. Benötigt wird ein Hallsensor SS495, ein 
Operationsverstärker, paar Widerstände und Kondensatoren, ein IRF4905 
und eine Spule Kupferlackdraht.

Mit dem Potentiometer kann der optimale Arbeitspunkt eingestellt 
werden...

[Christoph E. (stoppi)]

Meinen Induktionsheizer basierend auf der bekannten ZVS-Schaltung 
(Mazzilli-Konverter) habe ich noch nicht gezeigt. Bei 16 V 
Eingangsspannung zieht die Schaltung knapp 5.5 A. Als Testobjekt habe 
ich eine Schraube genommen. Diese bringt man nach einiger Zeit zur 
Rotglut...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/induktionsheizer/

[Christoph E. (stoppi)]

Nach zweimonatiger Absenz melde ich mich mit einigen abschließenden 
neuen Projekten zurück.

1.) Bragg-Reflexion von 60 keV Gammastrahlung an LiF-Einkristall:

Dankenswerterweise bekam ich von der Firma Korth Kristalle 
(https://www.korth.de/) kostenlos einen Lithiumfluorid-Einkristall 
zugesandt. Vielen lieben Dank dafür, ich habe mich riesig darüber 
gefreut.
In meinem Briefkasten befanden sich aber auch 5 NaCl-Einkristalle der 
Firma FIAS (http://www.fias.at/). Auch darüber habe ich mich sehr 
gefreut, vielen Dank dafür an Frau Elisabeth Firsching...

Ich werde aber aufgrund der geringeren Gitterkonstante den LiF-Kristall 
ausprobieren. Anstelle von Röntgenstrahlung versuche ich es mit der 60 
keV Gammastrahlung von Americium-241. Da deren Energie verglichen mit 
Röntgenstrahlung sehr hoch ist, benötige ich für ausreichend große 
Bragg-Winkel eben eine möglichst geringe Gitterkonstante des 
Einkristalls.

Für den mechanischen Aufbau habe ich über willhaben.at gebrauchtes 
Matador-Holzspielzeug und über ebay Winkelschablonen bestellt. Als 
Detektor dient mein Geiger-Müller-Zählrohr.

2.) Kugelpendel

Lässt man eine Metallkugel auf einem sphärischen Hohlspiegel los, so 
vollführt diese Schwingungen. Die Periodendauer der Schwingung ist 
gleich 2*Pi*Wurzel(R/g). Durch Messung dieser kann also der 
Krümmungsradius R und daraus die Brennweite f = R/2 des Hohlspiegels 
bestimmt werden.

3.) Pulsmesser mit IR-LED und IR-Fototransistor

Hier werde ich die relativ einfache Schaltung mit einer IR-LED und einem 
IR-Fototransistor umsetzen.

4.) Newtonsche Ringe

Auf aliexpress wird ein Apparat zur Erzeugung Newtonscher Ringe sehr 
günstig angeboten. Diesen bestellte mir ein netter Forumskollege aus der 
Schweiz für mich, da ja aliexpress seit 2023 weitestgehend nicht mehr 
nach Österreich versendet. Beleuchtet wird der Apparat mit einem grünen 
DPSS-Laser und Aufweitungsoptik. Für die Radien der Newtonschen Ringe 
gilt dann die Beziehung r² = k * n (n...Zählvariable). Diese Formel 
werde ich dann mittels der Software "Tracker" überprüfen.

5.) Da ich mir leider einen der beiden Lautsprecher meines 
Lissajous-Laserprojektors zerstört habe, musste ich mir neue 
Lautsprecher über ebay besorgen. Zur Erzeugung der Lissajous-Figuren 
werde ich einen Lautsprecher an einen 4V/50Hz Trafo hängen und den 
zweiten Lautsprecher mit meinem Leistungsverstärker und 
Funktionsgenerator-App ansteuern.

6.) Kennlinie einer Solarzelle und Experiment mit Solarzelle
Zur Aufnahme der Kennlinie einer Solarzelle habe ich mir über Amazon 
eine Widerstandsdekade besorgt. Damit kann ich stufenweise Widerstände 
zwischen 0 und 9.999999 Megaohm einstellen. Weiters werde ich 
überprüfen, ob zwischen Kurzschlussstrom und Beleuchtungsintensität ein 
linearer Zusammenhang besteht. Bei einem schönen Experiment werde ich 
dann die Solarzelle mit einer 12V/50W Halogenlampe unter verschiedenen 
Winkeln und Entfernungen beleuchten. Der Kurzschlussstrom müsste dann 
ein Maximum aufweisen...

7.) Elastizitätsmodul
Das Elastizitätsmodul von verschiedenen Materialien werde ich einmal 
mittels Drahtdehnung und dann mittels Biegung einer Metallleiste 
bestimmen. Zur Ermittlung der Kraft F zur Verbiegung der Metallleiste 
habe ich mir günstig über Amazon eine Kofferwaage besorgt.

8.) Elektrochemische Spannungsreihe
Zur Aufstellung der elektrochemischen Spannungsreihe habe ich mir einige 
Metalle besorgt. Konkret Nickel, Kupfer, Aluminium, Eisen, Zink, Silber, 
Titan, Wolfram und Blei. Diese werde ich in eine Zitrone stecken und die 
Spannung messen.

9.) Regel von Dulong-Petit
Die Regel von Dulong-Petit besagt, dass die molare spezifische 
Wärmekapazität von Festkörpern 3 * Gaskonstante R betragen soll. Daher 
werde ich die spezifische Wärmekapazitäten von Kupfer, Aluminium und 
Eisen bestimmen. Hierzu erwärme ich die Metallwürfel in einem kochenden 
Wasserbad und bestimme dann die Mischungstemperatur mit kalten Wasser. 
Zum Schluss rechne ich die spezifischen Wärmekapazitäten in J/kg*°C ind 
J/mol*°C um und hoffe 3R für alle Metalle zu erhalten.

10.) Bestimmung des Adiabatenkoeffizienten von Luft nach 
Clement-Desormes
Mit der Methode nach Clement-Desormes lässt sich einfach der 
Adiabatenkoeffizient von Gasen/Luft bestimmen. Hierfür pumpe ich einen 
Behälter auf einen bestimmten Überdruck auf und lasse dann die Luft 
schnell aus. Bei dieser adiabatischen Zustandsänderung kühlt die Luft 
ab. Danach verschließt man das Ventil und der Innendruck beginnt dann 
durch die langsame Erwärmung wieder zu steigen. Aus dem erzielten 
Endüberdruck und den Überdruck zu Beginn lässt sich der 
Adiabatenkoeffizient berechnen. Für Luft sollte dieser bei 1.4 (5 
Freiheitsgrade) liegen. Als Drucksensor kommt der Adafruit MPRLS zum 
Einsatz. Diesen habe ich auch über Amazon 
(https://www.amazon.de/dp/B07Q5TCTBZ) bestellt.

[Christoph E. (stoppi)]

Da ich heute die Solarzelle und die 12V-Halogenlampe besorgt habe, 
konnte ich den Kurzschlussstrom I der Solarzelle in Abhängigkeit von der 
Lampenleistung P aufzeichnen. Eigentlich hätte ich mit einem schön 
linearen Zusammenhang gerechnet. Der Graph weicht davon aber "leicht" 
ab. Warum dies so ist, ist mir im Moment schleierhaft.

Als nächstes werde ich mit meiner gekauften Widerstandsdekade die 
Kennlinie I(U) der Solarzelle aufnehmen. Und dann habe ich noch einen 
schönen Versuch mit der Solarzelle vor, bei dem es theoretisch um eine 
Extremwertaufgabe geht...

[Johannes S. (demofreak)]

Christoph E. schrieb:
> Der Graph weicht davon aber "leicht"
> ab. Warum dies so ist, ist mir im Moment schleierhaft.

Vlt deswegen, weil bei geringerer Lampenleistung mehr Rot-Anteile im 
Lampenlicht sind und die Solarzelle dort weniger empfindlich ist?

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank Johannes für deinen wertvollen Kommentar, das wird wohl der 
Grund sein. Habe mir die spektrale Empfindlichkeit von Solarzellen 
angeschaut und die steigt bei Wellenlängen < 1200 nm bzw. < 900 nm stark 
an. Von daher liegt die Plankkurve der Halogenlampe bei niedrigen 
Leistungen noch viel zu weit im Infraroten 😉 Danke also nochmals...

[Christoph E. (stoppi)]

Das Extremwert-Experiment mit der Solarzelle konnte ich auch schon 
durchführen. Dabei befindet sich die Solarzelle im horizontalen Abstand 
a = 30 cm vom Lampenstativ. Die Höhe h der Lampe über der Solarzelle 
wurde zwischen 100 cm und 0 cm variiert.

Laut Theorie sollte der Kurzschlussstrom bei a/Wurzel(2) = 30/Wurzel(2) 
= 21.2 cm ein Maximum aufweisen. Mein experimenteller Graph weist bei 
rund 20 cm sein Extremum auf, was sehr gut zur Theorie passt...

[Christoph E. (stoppi)]

Nachtrag zu meinen Versuchen mit einer Solarzelle: Kennlinie I(U) und 
abgenommene Leistung P in Abhängigkeit vom Lastwiderstand R. Da die 
Leistung dann maximal wird, wenn der Lastwiderstand gleich groß wie der 
Innenwiderstand ist, beträgt letzterer bei der Solarzelle rund 300 Ohm. 
R_i kann man sich auch aus Leerlaufspannung (rund 2 V) und 
Kurzschlussstrom (6 mA) ausrechnen...

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Christoph E. schrieb:
> Von daher liegt die Plankkurve der Halogenlampe bei niedrigen
> Leistungen noch viel zu weit im Infraroten ...

Statt dessen versuche das Gleiche mit weißen LED.

Oder variere die Intensität der Halogenlampe über den Abstand.

[Dieter P. (low_pow)]

Der Versuch Solarzelle und 12V-Halogenlampe würde mich noch
auf eine weitere Idee bringen.Eine Halogenlampe erzeugt nicht
nur sichtbares Licht, sondern soweit mir noch in Erinnerung auch
breitbandiges Rauschen im HF-Bereich.Dies sollte mit einem
klassischen Radio mit eingebauter Ferritantenne auf Langwelle
oder Mittelwelle in der Nähe der Halogenlampe nachweisbar sein.
Ob eine Spule und ein NF-Verstärker auch reichen, weis ich nicht.
Mangels Halogenlampe hier auch nicht probierbar.Vor langer Zeit
gab es dazu mal die Idee, eine Halogenlampe als Rauschgenerator
zu verwenden.Das war vor der Internet-Zeit, eine Internetsuche
danach hat hier nur Müll geliefert.

[Christoph E. (stoppi)]

Versuch zum Kugelpendel:

Lässt man eine Kugel auf einem sphärischen Hohlspiegel ohne 
Seitwärtsbewegung los, so vollführt sie harmonische Schwingungen. Aus 
deren Periodendauer tau lässt sich der Krümmungsradius R und damit die 
Brennweite f = R/2 bestimmen. Ein Optikversuch also rein mit Stoppuhr...

Den Hohlspiegel mit möglichst geringer Brennweite habe ich auf ebay.com 
gekauft. Die Überprüfung der so ermittelten Brennweite erfolgte dann 
noch optisch mittels zweier parallel ausgerichteter Lasermodule. Während 
ich für die Brennweite mittels Stoppuhr einen Wert von f = 16.7 cm 
erhielt, lag das Ergebnis mit den beiden Lasern bei rund 13 cm...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/kugelpendel/

[Christoph E. (stoppi)]

Versuch zur Regel nach Dulong-Petit:

Die molare spezifische Wärmekapazität von Metallen soll gleich 3*R 
(R...Gaskonstante) = 3 * 8.3 = 25 J/mol*°C betragen. Also habe ich die 
spezifischen Wärmekapazitäten von Kupfer, Aluminium und Eisen bestimmt, 
indem ich zuerst die Metallwürfel im Wasserkocher auf 100°C erhitzt habe 
und dann die Würfel in ein mit Wasser gefülltes Gefäß gab. Aus der 
Temperaturerhöhung, den Massen (Wasser und Metallwürfel) und der 
bekannten spezifischen Wärmekapazität von Wasser konnte dann c_Metall in 
J/kg*°C bestimmt werden. Mit der Molmasse der drei Metalle folgt dann 
die molare spezifische Wärmekapazität.

Meine Ergebnisse:
Aluminium: c = 968 J/kg*°C, c_mol = 26.1 J/mol*°C
Kupfer: c = 393 J/kg*°C, c_mol = 24.9 J/mol*°C
Eisen: c = 494 J/kg*°C, c_mol = 27.6 J/mol*°C

Mit den Ergebnissen bin ich eigentlich mehr als zufrieden, Heureka...

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph E. schrieb:
> Während
> ich für die Brennweite mittels Stoppuhr einen Wert von f = 16.7 cm
> erhielt, lag das Ergebnis mit den beiden Lasern bei rund 13 cm...

Ich glaube, der Fehler liegt in der sehr vereinfachten Dgl.(Pendel). 
Nutzt man den Energieerhaltungssatz (siehe Anlage) konsequent 
(Rotationsenergie + Translationsenergie + potentielle Energie), dann 
kommt man bei realen Werten für eine Kugel auf die von dir ermittelten 
13 cm.

[Christoph E. (stoppi)]

@Joe: Danke für deinen Input. Warum rechnest du aber mit R = f/2? Es 
gilt ja f = R/2. Deine periodendauer stimmt daher auch nicht...

[Jonny O. (-geo-)]

Christoph E. schrieb:
> Meine Ergebnisse:
> Aluminium: c = 968 J/kg*°C, c_mol = 26.1 J/mol*°C
> Kupfer: c = 393 J/kg*°C, c_mol = 24.9 J/mol*°C
> Eisen: c = 494 J/kg*°C, c_mol = 27.6 J/mol*°C

Faszinierende Ergebnisse! Interessant ist auch der Zusammenhang von 
Dichte und spezifischer Wärmekapazität der Metalle. Je höher die Dichte, 
desto geringer die Wärmekapazität. Ist ja auch logisch, denn es stehen 
bei höherer Dichte weniger Atome bei gleicher Masse zum "Herumzappeln" 
zur Verfügung. Was mich erstaunt ist, dass die c_mol Werte der drei so 
unterschiedlichen Metalle so ähnlich sind. Müssten schwerere Atome nicht 
mehr Wärmeenergie speichern können? die kinetische Energie ist ja E = 
1/2mv². Die Energie also proportional zur sich bewegenden Masse.

Dichte:

Aluminium: 2,7 g/cm³
Eisen:     7,9 g/cm³
Kupfer:    8,9 g/cm³

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph E. schrieb:
> Deine periodendauer stimmt daher auch nicht.

Weil ich mich vertan habe, einfach nochmals mit f=R/2 durchrechnen. Das 
Prinzip bleibt ja gleich. Die Kugel wird durch den zusatzlichen 
Drehimpuls langsamer.

[Christoph E. (stoppi)]

Vor etlichen Jahren habe ich einen einfachen Lissajous-Laserprojektor 
gebastelt. Leider habe ich mir unlängst einen Lautsprecher 
durchgeschossen. Also musste Ersatz her und ich habe auf ebay.com zwei 
Lautsprecher bestellt. Diese sind nun angekommen und so konnte ich den 
Projektor reparieren.

Im Gegensatz zur Schule stehen mir hier leider keine zwei 
Leistungsfunktionsgeneratoren zur Verfügung. Also musste ich 
improvisieren und hänge an einen der beiden Lautsprecher einen 4VAC/50Hz 
Trafo. Der zweite Lautsprecher wird dann von meinem 
Leistungsoperationsverstärker angesteuert. Dazu verwende ich eine 
Funktionsgenerator-App.

Die Ergebnisse waren leider nicht so schön wie mit den beiden FG in der 
Schule. Die Figuren waren verformt und zudem hatte ich eine wandernde 
Phasenverschiebung. Aber man erkennt die verschiedenen Figuren in 
Abhängigkeit vom Frequenzverhältnis...

[Henrik V. (henrik_v)]

Stereoverstärker und Soundkarte?

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für deinen Tipp, Henrik. Ich werde mir beim lokalen 
Elektronikhändler (https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/) einen 
2x15W Verstärker besorgen und den dann mit einer 
Smartphone-Funktionsgenerator-App ansteuern. So hoffe ich, dass der 
Lissajous-Projektor bei höheren Frequenzen als 50 Hz schönere Figuren 
zeichnet...

Und dann hätte ich noch ein einfaches Experiment zur Lorentzkraft, die 
sog. Stromwaage. Dabei wird die Kraft auf einen stromdurchflossenen 
Draht im homogenen Magnetfeld ermittelt, welche ja laut der Formel F = I 
 L  B sein sollte.

Schulmittelhandel: 
https://www.phywe.de/versuche-sets/hochschulversuche/stromwaage-kraft-auf-stromdurchflossene-leiter-im-magnetfeld-mit-dem-strommessgeraet_9520_10451/

Mein Experiment liefert eine Kraft von 7.97 mN pro Ampere. Laut Theorie 
sollten es um die 8.55 mN/A sein, was also recht gut passen würde...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/lorentzkraft-stromwaage/

[Christoph E. (stoppi)]

Beim letzten lokalen Elektronikladen habe ich gestern noch ein 2x10W 
Verstärkermodul für den Lissajous-Laserprojektor gekauft. Gespeist wird 
das Modul von einem sehr günstigen Frequenzgenerator mit dem XR2206. Die 
damit erzielten Figuren waren schöner/glatter als mit dem 4 VAC-Trafo. 
Damit ist dieses Projekt auch beendet...

[Christoph E. (stoppi)]

Experiment nach Clément und Désormes zur Ermittlung des 
Adiabatenkoeffizienten. Da ich das Nutellaglas nicht luftdicht bekam, 
habe ich mich für eine 1.5 Liter Getränkeflasche entschieden und das 
Ventil bzw. den Schlauchstutzen eingeklebt.

Leider ist die zweite Druckzunahme nach erfolgter adiabatischer 
Expansion geringer als erhofft. Der so ermittelte Adiabatenkoeffizient 
liegt damit mit 1.22 deutlich niedriger als der Sollwert 1.4 für 
zweiatomige Gase wie Luft.
In den meisten Fällen lag der isochore Druckanstieg noch einmal 
niedriger und daher der bestimmte Adiabatenkoeffizent bei nur etwa 1.1.

Man muss aber auch sagen, dass der erste Überdruck vor der adiabatischen 
Expansion nur wenige mbar beträgt und daher die nachfolgende 
adiabatische Temperaturabnahme sehr gering ist. Die adiabatische 
Druckabnahme erfolgt bei mir durch das dünne Fahrradventil wohl auch 
deutlich zu langsam. Aber es kann eben nicht jedes Experiment so laufen 
wie man sich das gerne wünscht ;-)

Ich wünsche Euch ein frohes Weihnachtsfest mit dem einen oder anderen 
erhofften Packerl unterm Weihnachtsbaum...

[Der G. (Firma: schlechthin) (gastgeber)]

Du bist ein total krankes Genie, ich würde dir empfehlen dich bei einer 
Rüstungsfirma oder Geheimdienst zu bewerben, oder besser gesagt, zeig 
denen diese Sachen und die werben dich an ;-D Soviel Talent muss 
sinnvoll genutzt werden. Ziehe Hut

[Christoph M. (mchris)]

Was vielleicht in Richtung der Kraftmessung am stromdurchflossenen 
Leiter geht: Ich überlege schon die ganze Zeit, wie ich die Kraft eines 
Elektromagneten messen könnte. Den Elektromagneten habe ich noch nicht 
und müsste mir einen bauen.

Meine erste Idee ist:
- M8 Schraube aus dem Baumarkt
- Spulenkörper drucken
- N-Windungen Wickeln

Es gibt verschiedene Herausforderungen:
Ist eine Baumarktschraube ein geeigneter Magnetkern?
Was soll als Eisenstück das der Elektromagnet anziehen sollte?

Die Idee wäre:
- Eisengegenstück auf ein Gewicht kleben
- das ganze  auf eine Briefwaage legen
- Magnet mit Konstantstrom darüber

Habt ihr bessere Ideen?

[Christoph E. (stoppi)]

@ Christoph M.: Ich würde sagen, Versuch macht klug. So mache ich es bei 
meinen Experimenten auch immer ;-)

Zuletzt habe ich die unterschiedlichen Experimente zur Bestimmung des 
Elastizitätsmoduls E von Metallen zusammengetragen. Ich komme auf 3 sehr 
einfache Experimente:

1.) Bestimmung des Elastizitätsmoduls E mittels Drahtdehnung.

Hier verwendet man die Beziehung Sigma = F/A = E * delta_L / L. Als 
Draht kam bei mir ein 0.2 mm Kupferdraht zum Einsatz. Zuerst wollte ich 
den Draht mit unterschiedlichen Gewichten belasten. Dabei riss mir immer 
der dünne Kupferdraht. Daher habe ich ein Ende mit der Kofferwaage 
verbunden und am anderen Ende zunehmend mit der Hand gezogen. Ich komme 
auf eine Dehnung von 3 mm bei einer "Kraft" von 1.26 kg. Das so 
ermittelte Elastizitätsmodul E liegt sehr nahe am Sollwert.

2.) Bestimmung von E mittels Biegung einer Metallleiste

Belastet man das Ende einer einseitig eingespannten Metallleiste mit der 
Kraft F, so biegt sich diese um die Strecke h durch. Es sollte eine 
lineare Beziehung F = k * h bestehen.
Die beiden Metallleisten (4 mm Stahl, 2 mm Aluminium) habe ich von 
meinem jüngsten Sohn zu Weihnachten geschenkt bekommen. Das sind dann 
immer die tollsten Geschenke für mich ;-)
Die "Federkonstante" von Stahl betrug rund 552 N/m, jene von Aluminium 
nur 55.2 N/m. Die auf diese Weise erhaltenen Werte fürs 
Elastizitätsmodul passen auch recht gut.

3.) Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Festkörpern

Vor langer Zeit habe ich einmal eine Simulations zur Wellenausbreitung 
in Festkörpern programmiert. Hierzu habe ich einfach Teilchen der Masse 
m über Federn mit der Federkonstante k mit ihren Nachbarn verbunden. 
Lenkt man das erste Teilchen ganz links einmalig aus, so breitet sich 
die Welle schön nach rechts aus. Deren Geschwindigkeit v habe ich dann 
in Abhängigkeit von k und m ermittelt und erhalte als Beziehung v = 
Wurzel(k/m).

Sucht man in der Literatur nach einer Formel für v, so findet man v = 
Wurzel(E/ro). Die Übereinstimmung ist verblüffend. Anstelle der 
Federkonstante k tritt das Elastizitätsmodul E und anstelle der Masse m 
befindet sich in der Formel die Dichte ro.

Zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit habe ich einfach zwei Mikrofone 
mit der Stahlleiste im Abstand von 0.9 m gekoppelt und dann auf ein Ende 
der Leiste geschlagen. Die beiden Audiosignale werden mit der Software 
Audicity aufgezeichnet.

Ich komme auf diese Weise auf eine Schallgeschwindigkeit von mehr als 
5500 m/s. Damit ergibt sich ebenfalls ein recht guter Wert für das 
Elastizitätsmodul E...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/elastizitaetsmodul/

[Heinrich K. (minrich)]

Christoph M. schrieb:
> Ist eine Baumarktschraube ein geeigneter Magnetkern?

Nein. Weil ihr Material hartmagnetische Eigenschaften hat, es wird nach 
erstmaliger Bestromung als selbstgebauter Elektromagnet zum 
Dauermagneten. Gerade die Eigenschaft "elektrisch steuerbarer Magnet" 
wird mit diesem Kern also nicht erfüllt.

[J. S. (engineer)]

Heinrich K. schrieb:
> selbstgebauter Elektromagnet zum
> Dauermagneten.

Kann man aber auch wieder ummagnetisieren.(?)

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph E. schrieb:
> Sucht man in der Literatur nach einer Formel für v, so findet man v =
> Wurzel(E/ro). Die Übereinstimmung ist verblüffend.

Die Formel ist nicht verblüffend, sondern die Lösung der zugehörigen 
Dgl. Wenn Du einen diskreten einfachen Schwinger von globalen Größen auf 
lokale Größen überführst, dann erhält du den von dir angewendeten 
Zusammenhang. Dabei wirst du auch bemerken, dass v=sqrt(c/m) oder bei 
dir v= sqrt(k/m) von den Einheiten her nicht stimmen kann. Es fehlt die 
lokale Bezugslänge. Ich habe dir mal die Herleitung ausführlich 
aufgeschrieben.

[Steffen W. (derwarze)]

@ Jürgen S.
Nimm doch einfach einen alten Trafo oder Drossel mit EI Kern. Lässt sich 
leicht demontieren und die Wicklung ist auch schon da, besser als Du sie 
selbst machen kannst.

 Und Christoph, toll Dein Engagement für anschauliche, nachbaubare 
Experimente. Solche Physiklehrer wünsche ich mir Flächendeckend, das 
würde unserem Bildungswesen sehr gut tun.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank für eure Kommentare bzw. physikalischen Hinweise...

Ich muss mein Engagement aber auch einmal ins rechte Licht rücken. 
Natürlich würde man sich so einen Einsatz von sämtlichen Berufsgruppen 
wünschen nur wer ist so "wahnsinnig" wie ich, täglich rund 3 Stunden 
(wenn nicht mehr) und im Jahr rund 2000 Euro aus der eigenen Tasche nur 
für die bessere Ausübung seines Berufs aufbringen? Ich denke, dass kann 
man auch nicht von jedem verlangen. Oder macht ihr es in euren Berufen 
auch so? Wohl kaum...
Ich mache es aber aus reiner Leidenschaft für die Physik und "nur" solch 
ein Antrieb ist dafür auch notwendig...

Ich habe auf instructables eine Anleitung für einen 
Photoplethysmogrammsensor (PPG) gefunden, das musste ich natürlich auch 
gleich umsetzen: 
https://www.instructables.com/ECG-With-PPG-Using-Arduino/

Durch die Absorptionsänderungen des Gewebes/der Adern je nach 
Sauerstoffgehalt kann man u.a. mit einem PPG den Puls messen und noch 
einiges mehr. Die Schaltung ist recht einfach und funktionierte zum 
Glück von Anfang an. Den Verlauf zeichne ich graphisch mit dem 
Arduino-Serialplotter auf. Wenn man genauer schaut, erkennt man im 
Verlauf auch einzelne Nebenmaxima bzw. Hügel. Die genauere Analyse 
können dann die Schüler vornehmen. ;-)

[Steffen W. (derwarze)]

Christoph E. schrieb:
> Ich mache es aber aus reiner Leidenschaft für die Physik und "nur" solch
> ein Antrieb ist dafür auch notwendig...

und Wertvoll! Mein Physiklehrer Peukert damals in Leipzig hatte einen 
ähnlichen Antrieb und kümmerte sich darum aus den, zum Teil recht alten, 
Lehrmitteln viel rauszuholen und hielt die in Stand. Gründete eine 
Physik AG, wo auch neue Experimente vorbereitet wurden. Hat mir viel 
gegeben der Mann Weis leider nicht was er heute macht und ob er noch 
lebt. Hab ihn nur mal Ende der 90er getroffen und er war sehr traurig 
das man nach der Wende das meiste der Lehrmittel weggeschmissen hat und 
nun alles nur noch theoretisch abhandelt.
 Mich freut es daher um so mehr das auch Heute noch Menschen sich so 
engagieren.
Dein neustes Projekt lässt sich ja Fachbereichsübergreifend auch im 
Bio-Unterricht gut einsetzen. Daumen hoch, weiter so.

[Christoph E. (stoppi)]

Einen schönen Versuch zum Faradayschen Induktionsgesetz habe ich noch 
durchgeführt. Und zwar lasse ich einen Magneten in einem Kunststoffrohr 
durch eine Spule frei fallen und zeichne den zeitlichen Verlauf U(t) der 
Induktionsspannung mit dem Oszilloskop auf. Mittels Integral U(t)*dt 
kann man die (mittlere) Flussdichte des Magneten berechnen.

Da mein Oszilloskop über keine Integralfunktion verfügt bin ich einen 
anderen/unkonventionellen Weg gegangen und habe das Integral quasi 
gewogen. Ein Kästchen besitzt die Einheit 500 mV * 2 ms = 1 mVs. Ich 
habe davon 9 abgewogen und dann die Masse von einem Kästchen 
ausgerechnet. Danach habe ich die beiden Spannungsverläufe 
ausgeschnitten und ebenso auf Karton geklebt und abgewogen.

Auf diese Weise erhalte ich das Integral U(t)*dt mittels Waage. Einmal 
habe ich den Magneten aus größerer Höhe durch die Spule fallen lassen, 
beim zweiten Versuch besaß der Magnet eine geringere Geschwindigkeit. 
Die Fläche U(t)*dt sollte aber in beiden Fällen gleich sein, was auch 
der Fall war. Beide Kartons wogen rund 1.24 g.

Mit dieser Methode komme ich auf eine "mittlere" Flussdichte des 
Magneten von 0.19T. Mit dem Teslameter habe ich dann sogleich die 
Flussdichte direkt bestimmt. In der Mitte des Magneten komme ich mit 
anliegenden Sensor auf rund 0.41 T. Am Rand sind es nur noch ca. 0.16T 
und knapp neben dem Magneten lediglich 0.03 T. Also passt mein 
Mittelwert mit 0.19 T eigentlich sehr gut, Heureka...

[Christoph E. (stoppi)]

So, welche Projekte habe ich noch für 2024 vor? Viel ist es nicht 
mehr...

1.) Elektrochemische Spannungsreihe: Da habe ich mir einige Metalle 
(Nickel, Zink, Kupfer, Wolfram, Titan, Aluminium, Stahl, Silber, Blei) 
besorgt. Ein erster Testlauf ergab aber, dass die erhaltenen Spannungen 
nur kaum jenen Potentialen in der elektrochemischen Spannungsreihe 
entsprechen.

2.) Bragg-Reflexion von 60 keV Gammastrahlung am Lithiumfluoridkristall: 
Die Winkelschablonen von ebay haben sich hier zusammen mit den Matador 
Holzteilen hoffentlich als Glücksgriff erwiesen. Damit kann ich die 
beiden Winkel (phi vom Kristall und 2*phi vom Geigerzähler) wohl relativ 
gut einstellen. Zuerst dachte ich an eine Mechanik, welche die beiden 
Winkel gleichzeitig und automatisch einstellt. Davon bin ich aber 
mittlerweile ob der Komplexität abgekommen und habe nun vor, beide 
Winkel von Hand einzustellen. Holzplatte für die Grundplatte habe ich 
auch bereits im Baumarkt gekauft...

3.) Amperesches Gesetz: Dieses möchte ich mittels Magnetfeld B(r) eines 
langen, geraden Leiters in Abhängigkeit vom Abstand r zeigen. Es sollte 
ja gelten: B(r) = µ0*I/(2*Pi*r). Zudem leite ich das Ergebnis auch 
mittels Biot-Savart-Gesetz her...

4.) Raketenteststand: Hierfür werde ich mein Newtonmeter mit 480x320 
Pixel Display verwenden. Bei Klima-Raketen habe ich bereits schöne 
Treibsätze mit 2N Schub und 5sek Schubdauer bestellt. Diese sind gestern 
auch schon angekommen.

5.) Newtonsche Ringe: Eigentlich war angedacht, den Apparat mit 
Laserlicht zu bestrahlen, damit die Interferenzringe schön zur Geltung 
kommen. Das hat aber bisher mehr schlecht als recht funktioniert. Unter 
Tageslicht sieht man die Ringe aber sehr schön. Mal schauen, ob ich mir 
da noch etwas überlege. Habe extra eine Lupe gekauft, damit ich das 
monochromatische Laserlicht kollimiere...

6.) Spirometer mit Arduino: Das habe ich eigentlich schon fertig 
gebastelt, da fehlt mir nur noch ein Video, was ich schlecht alleine 
machen kann ;-) Das Signal vom Drucksensor ist stark verrauscht. 
Vielleicht hänge ich da noch einen Tiefpassfilter dran.

7.) Einfache Astrofotografie mit meinem 90mm Refraktor: Der wartet 
zusammen mit meiner alten Canon DSLR auch noch auf seinen Einsatz. Die 
motorisierte Montierung habe ich auch noch nie getestet. Vielleicht wird 
es ja im Frühling etwas.

8.) Mein mit Abstand langwierigster Versuch: Die Aufnahme der 
Zerfallskurve von Polonium. Dieses hat ja eine "relativ" kurze 
Halbwertszeit von 138 Tagen. Seit Jänner 2021 läuft dieser Versuch...

9.) Wasserraketen: Die warten auch noch darauf, in die Luft geschossen 
zu werden. Habe für die Höhenmessung ja eine kleine Arduino-Schaltung 
mit Barometer und SD-Card gebastelt, wo auf Knopfdruck die Zeit und der 
Luftdruck für 30 sek gespeichert werden.

10.) Aufnahme der Dampfdruckkurve von Wasser - 
Clausius-Clapeyron-Gleichung: Da habe ich vor gut 20 Jahren einmal einen 
Versuch dazu gemacht, den ich jetzt wiederholen möchte. Zusätzlich werde 
ich die Dampfdruckkurve über die verschiedenen Siedetemperaturen in 
Abhängigkeit von der Wassertemperatur bestimmen. Habe mir dazu gerade 
auf Amazon eine Handvakuumpumpe gekauft. Die geht hoffentlich so ca. bis 
150 mbar runter. Meine Drehschieberpumpe möchte ich ehrlich gesagt nicht 
dranhängen, da mir wohl der ganze Wasserdampf dann mein Öl/meine Pumpe 
ruiniert.

11.) Einfache Nuklearmagnetresonanz (NMR): Die Schaltung(en) dazu sind 
bereits fertig und auch die beiden Spulen sind gewickelt. Da fehlt mir 
irgendwie nur die Zeit, damit in den Wald zu fahren und zu hoffen, über 
Lautsprecher ein "Ping" zu hören...

12.) Ballistisches Pendel: Diesen Versuch mache ich im Physiklabor in 
der Schule. Jetzt habe ich mir für zuhause eine zweite Armbrust mit 50 
lbs bestellt. Styrodurplatte für das Ziel habe ich bereits letzte Woche 
gekauft. Da muss ich mir nur noch einen schönen Würfel mit 
Holzbeschwerung kleben...

Das war es eigentlich. Ich wünsche euch einen guten Rutsch ins neue Jahr 
und für 2024 vor allem Gesundheit, denn im Gegensatz zu Mikrocontrollern 
kann man sich diese nicht unbedingt kaufen ;-)

[Gerhard O. (gerhard_)]

Hallo Christoph,

May the force be with you!

Wünsche Dir alles Beste fürs nächste Jahr und "Gut Gelingen" bei allen 
geplanten neuen Unternehmungen.

VG aus Kanada,
Gerhard

Bezüglich Exp. 2, ginge es vielleicht mit einem Mikrostepper Motor. 
Trinamic hat da gute Steuer ICs, mit denen man sehr hohe Auflösungen 
erreichen kann. Das sollte ziemlich reproduzierbar sein, solange die 
Drehmomentbelastung niedrig genug ist.

[Alexander S. (alesi)]

Christoph E. schrieb:
> So, welche Projekte habe ich noch für 2024 vor? Viel ist es nicht
> mehr...

Hallo Christoph,

wahrscheinlich kennst Du auch den Foucault-Test bzw. das 
https://de.wikipedia.org/wiki/Foucaultsches_Schneidenverfahren . Das 
wäre meiner Meinung nach auch noch ein interessanter Versuch.

Weitere Links zum Foucault-Test:
https://stellafane.org/tm/atm/test/understanding.html
https://telescope-optics.net/foucault_test.htm
https://web.archive.org/web/19980629142016/http://www.jlc.net/~force5/Astro/ATM/Foucault/FoucaultTester.html
https://wp.optics.arizona.edu/visualopticslab/wp-content/uploads/sites/52/2016/08/noninterferometric.pdf

Eine alternative Methode ist der Ronchi Test
https://telescope-optics.net/ronchi_test.htm

P.S. Ich habe vor längerer Zeit versucht einen kleinen 6" (150 mm) 
Spiegel selber zu schleifen und habe ihn dabei mit dem Foucault Test 
getestet.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für die Kommentare bzw. den Tipp mit dem Foucaultschen Test. Da 
ich auch an Astronomie/Teleskopen interessiert bin, kannte ich den 
schon. Vom Aufbau her ähnelt er extrem jenem zum Sichtbarmachen von 
Schlieren mit einem Teleskopspiegel. Anbei ein Photo von diesem 
Experiment...

Den Versuch zur elektrochemischen Spannungreihe konnte ich gestern 
durchführen. Als Bezugselektrode habe ich Blei ausgewählt, da es auch in 
der elektrochemischen Spannungsreihe nahe bei 0V liegt.

Meine erhaltenen Spannungen weichen aber zum Teil gehörig von den 
Potentialen in der Spannungsreihe ab. Zum Beispiel sollte die Paarung 
Titan-Blei eine Spannung von -1.63 -(-0.13) = -1.5 V ergeben. Ich messe 
hingegen +0.136 V. Lediglich bei Kupfer und Zink passen die Werte gut. 
Deren Paarung ergibt zum Beispiel eine Spannung von ca. 1 V (Sollwert 
1.1 V). Dies liegt aber daran, dass ich ja keine 
Normal-Wasserstoffelektrode bei meinem Experiment verwende, so wie es in 
der elektrochemischen Spannungsreihe eigentlich vorgesehen ist...

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrochemische_Spannungsreihe

[Christoph E. (stoppi)]

Mittlerweile sind einige meiner bestellten Sachen (vorwiegend vom 
Amazon) angekommen.

Für das Dampfdruck-Experiment sind dies:
* Gummistopfen und Spritzen für die Vakuumkammer
* 16 x 160 mm Reagenzgläser
* Handvakuumpumpe: Zufällig ist da auch eine kleine Vakuumkammer 
mitenthalten, die ich sehr gut anstelle der Spritzen verwenden kann. 
Diese besitzt auch einen zweiten Ausgang für das Arduino-Manometer. 
Damit bestimme ich den Druck (= Dampfdruck), bei der das Wasser 
bekannter Temperatur zu sieden beginnt. Dies mache ich dann für 
verschiedene Temperaturen. Scheinbar komme ich mit der Handvakuumpumpe 
auf ca. 150 mbar runter
* Sortiment mit Schlauchverbindungen und T-Stücken (kann man sonst auch 
immer wieder gebrauchen, wenn ich Versuche mit Vakuum mache)

Unterwegs ist noch der Laborständer für den Dampfdruckversuch und dann 
eine "P*e*n*i*s*pumpe" von aliexpresse :-) Die hatte ich bestellt, weil 
ich nicht weiß wie sich die Handvakuumpumpe von Amazon schlägt. Stimmt 
wirklich, ist keine Ausrede ;-)

Für das ballistische Pendel sind dies:
* 50 lbs Armbrust inkl. Pfeile
* Styrodurplatte, mit der ich den "Zielwürfel" gebastelt/geklebt habe

Und dann habe ich noch einen weiteren Versuch zur Anomalie des Wassers 
entdeckt und zwar die Dichtebestimmung von Wasser im Bereich 0 bis 15°C. 
Dazu habe ich mir auf aliexpress ein Glasgefäß mit zwei Hälsen bestellt. 
In einen der Hälse kommt ein Thermometer und in den anderen ein Stopfen 
für das dünne Plexiglasrohr mit 3 mm Innendurchmesser. Ich werde das 
Wasser dann beginnend mit Raumtemperatur mittels Eiswürfel sukzessive 
abkühlen und mittels der variierenden Steighöhe in der "Kapillare" die 
Dichte berechnen. Sollte ja bei 4°C ein Maximum besitzen...

[Christoph E. (stoppi)]

Den einen Versuch zur Bestimmung des Dampfdrucks von Wasser mit der 
Handvakuumpumpe hat eigentlich sehr gut funktioniert. Als Drucksensor 
kommt der Adafruit MPRLS + Arduino zum Einsatz. Dieser geht scheinbar 
bis 0 mbar hinunter. Mit der Handvakuumpumpe erreiche ich minimal ca. 80 
mbar. Auch das überrascht mich positiv. Wenn man bedenkt, dass diese 
nicht einmal 20 Euro gekostet hat...

Das bei der Handvakuumpumpe inkludierte Gefäß entpuppte sich auch als 
ideal für diesen Versuch, da ich erstens das Wasser sehr leicht 
nachfüllen und zweitens das Manometer sehr bequem anschließen kann. 
Hätte mir den Spritzenkauf daher ersparen können.

Ich reduziere den Druck so lange, bis das Wasser zu sieden beginnt. 
Diesen Druck notiere ich mir zur gegebenen Wassertemperatur. Die so 
erhaltene Dampfdruckkurve passt sehr gut zu den Sollwerten, Heureka.

Ich komme halt mit der Vakuumpumpe nicht unter 80 mbar, deshalb endet 
dieser Versuch bei Wassertemperaturen < 40°C. Mit meiner 
Drehschieberpumpe möchte ich den Versuch aber auch nicht machen, da ich 
mir nicht Wasser in die Pumpe ziehen möchte.

Wenn das Laborstativ von Amazon angekommen ist, mache ich noch einen 
weiteren Versuch zur Bestimmung der Dampfdruckkurve. Von diesem erwarte 
ich aber nicht so gute Ergebnisse...

Mein Newtonmeter für die Erfassung des Raketenschubs habe ich auch 
angepasst, indem ich die Messrate des HX711 auf 80 Hz erhöht habe. 
Danach musste ich natürlich die Zeitachse anpassen. Diese geht jetzt bis 
rund 8 Sekunden. Die Schubdauer der gekauften Klima-Treibsätze soll 5 
Sekunden betragen, von daher passt das recht gut. Die maximale 
Schubkraft beträgt zu Beginn rund 4 N. Meine y-Achse reicht von 0 bis 10 
N, auch das müsste passen...

[Johannes S. (demofreak)]

Mann, Du legst hier eine Schlagzahl vor... :D
Schläfst Du irgendwann auch? Und Du isst am Experimentierplatz, oder? ;)

[Christoph E. (stoppi)]

@Johannes: Ich schlafe leider viel zu viel ;-) Und ja, aufgrund der 
engen Wohnverhältnisse und der vielen Projekte in meiner Wohnung mache 
ich die meisten meiner Experimente in der Küche, da ich im Wohnzimmer 
keinen Platz mehr dafür habe...

Der Versuch zum Ampereschen Gesetz ist fertig. Als Magnetfeldsensor 
musste ich den HMC5883L nehmen, da die erzeugten Magnetfelder doch im 
Bereich < 100 µT lagen.

Nach dem Ampereschen Gesetz ist die Flussdichte B um einen 
stromdurchflossenen Draht gleich B(I,r) = µ0 * I / (2*Pi*r).

Zuerst habe ich den Strom konstant gehalten (3.42 A) und den Abstand r 
variiert und dann den Abstand konstant gelassen (r = 2 cm) und die 
Stromstärke verändert. Trage ich B zu 1/r und B zu I auf, erhalte ich 
schöne Geraden wie es zu erwarten ist. Die Steigungen beider Geraden 
stimmen einigermaßen mit den Sollwerten überein, beim B(I) sogar sehr 
gut...

[Gerhard O. (gerhard_)]

Was sagt denn die XYL dazu, von wegen Küchenbeschlagnahme und so...

Sonst: Hut ab!

[Christoph E. (stoppi)]

@Gerhard: Es gibt keine XYL, bin voll und ganz mit der Physik 
verheiratet ;-)

Das zweite Experiment zur Dampfdruckkurve ist auch fertig. Dazu habe ich 
ein Laborstativ und Reagenzgläser auf Amazon bestellt.

Zum Versuchablauf: Das umgedrehte Reagenzglas wird ins Wasser getaucht 
und mit Wasser fast vollständig befüllt. Nur am oberen Ende soll sich 
eine kleine Luftblase befinden. Nun erhitzt man das Wasser langsam und 
notiert die Größe der Luftblase. Der Druck innerhalb der Luftblase 
bildet sich einmal durch die eingeschlossene Luft und dann durch den 
Dampfdruck. Zu Beginn bei 15°C Raumtemperartur geht man davon aus, dass 
der Druck alleine durch die Luft zustande kommt. Dann kann man die Mole 
ausrechnen und in weiterer Folge dann für die jeweilige Temperatur und 
das jeweilige Volumen den Luftdruck ausrechnen. Zusammen mit dem 
Dampfdruck muss sich dann der Gesamtdruck ergeben. Dieser Gesamtdruck 
ist gleich dem äußeren Luftdruck abzüglich dem hydrostatischen Druck der 
Wassersäule (pro cm Wassersäule 1 mbar). Auf diese Weise kann man dann 
den Dampfdruck in Abhängigkeit von der Temperatur bestimmen.

Mit zunehmender Temperatur vergrößert sich das Volumen der Luftblase. 
Der Gesamtdruck bleibt aber in etwa gleich. Vergrößert sich aber die 
Luftblase, so sinkt der Luftdruck darin. Zum Ausgleich erhöht sich der 
Dampfdruck innerhalb der Luftblase.

Soweit die Theorie. Problem ist, dass ich einen gehörigen 
Temperaturgradienten innerhalb des Reagenzglases habe. Während unten im 
Kochtopf das Wasser bereits kocht, habe ich oben im Reagenzglas wohl so 
um die 85°C. Daher bildet sich in der Luftblase auch nur der Dampfdruck 
entsprechend den 85°C aus und nicht den 100°C. Deshalb sieht meine so 
erhaltene Dampfdruckkurve gegen Ende hin nicht sonderlich schön aus bzw. 
ist unvollständig.

Da fand ich die Ergebnisse mit der Handvakuumpumpe und der 
Siedetemperatur besser...

[Christoph E. (stoppi)]

Beim Experiment zur Braggreflexion am LiF-Kristall bin ich auch weiter 
gekommen. Der mechanische Aufbau ist soweit fertig. Habe alles mit 
Matador-Holzbausteinen so gebaut, dass man die Einzelteile noch immer 
verdrehen/justieren kann, zum Beispiel den Aufsatz mit dem 
Lithiumfluoridkristall. Jetzt werde ich mich dann an die Messungen 
machen, obwohl ich ehrlich gesagt nicht glaube, die Glanzwinkel von nur 
3° auflösen zu können. Denn bei einem so geringen Winkel bekommt ja das 
Zählrohr trotz Blenden noch Teile der nicht reflektierten/direkten 
Gammaquanten ab. Die Lochblenden zum Kollimieren sind 2 mm groß/klein...

[Sebastian W. (wangnick)]

Christoph E. schrieb:
> Angehängte Dateien:
>           Arduino_Drehzahlmesser_01.ino (1,63 KB)
>           Arduino_Drehzahlmesser_02.ino (1,83 KB)

Falls es noch niemand erwähnt hat:

Der Zugriff auf die von der Interrupt-Routine ständig veränderten 
Variablen müssen bei Verwendung außerhalb eines 
Interrupt-Service-Kontext, also z.B. in loop(), durch eine 
noInterrupts()-interrupts()-Klammer geschützt werden, wenn sie größer 
als ein atomarer Lesebefehl des Prozessors sind. Das könnte die Probleme 
bei höheren Frequenzen erklären.

LG, Sebastian

[Christoph E. (stoppi)]

Zum Thema Fluoreszenz und Phosphoreszenz habe ich noch einiges 
zusammengetragen.

Hier der ausführlichere Bericht: 
https://stoppi-homemade-physics.de/fluoreszenz-phosphoreszenz/

Von Fluorescein habe ich das Emissionsspektrum mit meinem 
Webcamspektroskop aufgenommen. Angeregt habe ich das Fluorescein mit 
meinem 488 nm Laser. Dann habe ich noch die Nachleuchtdauer meines 
Rubinstabs mittels Lichtdetektor und Oszilloskop erfasst, welche rund 3 
ms dauert. Dies ist eigentlich extrem lange. Aufgrund dieser großen 
Zeitunschärfe delta_t ist die Energieunschärfe delta_E nach der 
Heisenbergschen Unschärferelation gering und das emittierte, rote 
Fluoreszenzlicht fast monochromatisch (siehe Spektrum).

Auf Aliexpress habe ich mir dann noch Phosphorpulver besorgt. Dieses 
leuchtet über viele Minuten nach. Die zugehörige Leuchterscheinung fällt 
also in die Phosphoreszenz...

Und dann habe ich mir noch über willhaben.at einen Aragonit/Eisenblüte 
besorgt, in der Hoffnung auf Phosphoreszenzerscheinungen. Leider 
leuchtet das Mineral überhaupt nicht nach.

Dafür fluoreszieren meine Uranhältigen Mineralien (Autunit, Uranocircit) 
sehr schön.

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe mir auf der österreichischen Verkaufsplattform willhaben 
unlängst ein Sortiment Gummibälle gekauft. Damit lassen sich schöne 
Physikversuche machen.

1.) Hüpfender Gummiball:
Ein Gummiball wird aus einer bestimmten Starthöhe fallen gelassen und 
per Videoanalyse die jeweiligen Maximalhöhen h_i ermittelt. Daraus 
lassen sich dann die einzelnen "Flugzeiten" t_i berechnen. Gut, die 
könnte man auch gleich direkt aus dem Video extrahieren...

Ich habe eine mittlere prozentuelle Abnahme der Flughöhen um 13% 
festgestellt. Es gilt also: h_i+1 = h_i * 0.87. Für die Flugzeiten gilt 
daher: t_i+1 = t_i * Wurzel(0.87) = t_i * 0.933.

Die Gesamtfallzeit t_ges ist nun die Summe der Teilzeiten t_i. Jetzt 
könnte man vermuten, dass durch die unendliche Summation von zwar immer 
kleiner werdenden Zeiten der Gummiball niemals zur Ruhe kommt.Dem ist 
natürlich nicht so. Wir haben es hier um eine geometrische Reihe zu tun:

Summe_i q^i = 1 / (1 - q).

Konkret für q = 0.933 folgt für die Summe 14.93 * t_1 + t_0 (erster Fall 
nach unten nach dem Start).

Ich komme auf t_ges = 13 sek, was realistisch ist...

2.) Superspringball

Lässt man zwei Gummibälle übereinander fallen, wobei der untere ein 
großer Gummiball sein muss und der obere ein deutlich kleinerer, so 
fliegt der kleinere nach dem Aufprall mit großer Geschwindigkeit nach 
oben.

Wie kann man dies erklären? Beide Bälle kommen mit v am Boden an. Der 
untere, schwere Gummiball wird mit v nach oben reflektiert. Vom großen 
Gummiball aus betrachtet, kommt ihm der kleinere Ball mit 2*v entgegen. 
Da er kleine deutlich leichter ist als der schwere, wird dieser vom 
schweren Ball aus betrachtet mit 2*v nach oben reflektiert. Wechselt man 
nun wieder das Bezugssystem, so fliegt der leichte Gummiball mit 2*v + v 
= 3*v nach oben und kommt demnach 9-mal so hoch wie die Ausgangshöhe.

In Wirklichkeit schafft er das natürlich nicht ganz, der Effekt ist aber 
beeindruckend...

Link mit mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/gummiball-experimente/

[Andrew T. (marsufant)]

Christoph E. schrieb:
> Beide Bälle kommen mit v am Boden an.

Ja.

> Der untere, schwere Gummiball wird mit v nach oben reflektiert.

Nein, der untere hat eine um die  (durch Verformung des Gummi) Verluste 
deutlich reduzierte Geschwindigkeit v', somit v + v' als 
"entgegenkommende Geschwindigkeit".

Mit Stahlkugeln, die dem idealen Stoff näher kommen als das verformbare 
Gummi, auf SEHR hartem Untergrund hättest Du richtig: näherungsweise
2x v

[Christoph E. (stoppi)]

Hier (Beitrag "[S] Transmission-Gate für Sinussignal") habe ich nach 
einem Transmissionsgatter gefragt und als Antwort den IC4066 erhalten. 
Diesen benötige ich für einen Versuch zur Heisenbergschen 
Unschärferelation.

Ein Sinussignal vom Frequenzgenerator durchläuft ein 
Transmissionsgatter, welches von einem NE555 getaktet wird und immer 
kürzere Sinuspulse durchlässt. Schaut man sich dann das Fourierspektrum 
mit dem Oszilloskop an, so bemerkt man bei einem unbeschnittenen Sinus 
(Ortsunschärfe delta_x groß) einen schmalen peak im Frequenzspektrum 
(schmales f bzw. lambda und daher auch nach de Broglie schmales 
delta_p).

Bei immer kürzeren Sinuspulsen (kleiner werdende Ortsunschärfe delta_x) 
wird das Fourierspektrum immer breiter (größeres delta_f bzw. 
delta_lambda und daher größeres delta_p).

Die Heisenbergsche Unschärferelation delta_x * delta_p > h / 4*Pi besagt 
ja, dass nicht beide Größen (Ort x und Impuls p) beliebig genau messen 
kann. Kennt man eine Größe genauer, so steigt die Unschärfe der 
anderen...

Inspiration: 
https://www.experimente.physik.uni-freiburg.de/H_Atom_und_Kernphysik/versuchemitelektronenundmateriestrahlen/heisenbergakustikanalogie

[Christoph E. (stoppi)]

Vor einigen Wochen hat ja ein sehr nettes Forumsmitglied aus der Schweiz 
mir einen Newtonsche-Ringe-Apparat von aliexpress gekauft, da kein 
Versand nach Österreich angeboten wurde. Vielen herzlichen Dank nochmals 
dafür. Mittlerweile beliefern wieder deutlich mehr Händler von 
Aliexpress Österreich...

Unter Sonnenlicht sieht man die Interfenzringe recht deutlich, nur 
fächern diese durch das nicht monochromatische Licht zusehends auf. 
Daher wollte ich zuerst den Apparat mit einem Laser beleuchten, damit 
die Ringe wieder scharf werden. Aber dies glückte leider nicht. Daher 
beschloss ich einfach einen Filter (konkret 600 nm Rotfilter) zu 
verwenden. Blickt man durch diesen auf die Interferenzringe, so werden 
sie deutlich schärfer und es sind mehr Ordnungen zu beobachten als ohne 
Filter.

Für die Radien r(n) gilt der Zusammenhang mit der Ordnung n: r²(n) = k * 
n.
Trägt man also r² gegen n auf, so müsste man eine Gerade erhalten. Dies 
war dann auch der Fall bei mir. Aus dem Anstieg k lässt sich der 
Krümmungsradius der plankonvexen Linse bestimmen. Dies ergabe bei mir 
einen Wert von R = ca. 17 m.

Die Teile für den Versuch zur Bestimmung der Wasserdichte in 
Abhängigkeit von der Temperatur sind eigentlich auch alle bereits 
angekommen. Die 500 ml Zweihalsflasche dichte ich mit zwei Gummistopfen 
ab. In einen kommt das Thermometer, in den anderen das 5/3mm 
Plexiglasrohr. Die Dichte bestimme ich dann durch Messen der 
unterschiedlichen Steighöhe des gefärbten Wassers im dünnen 
Plexiglasrohr. Ich muss mir nur noch Eiswürfeln besorgen. Hoffentlich 
bekommt man diese bei Spar oder Billa, mal schauen...

P.S.: Die P*e*n*i*s*pumpe ist auch schon angekommen. Sie funktioniert 
aber deutlich schlechter als jene Pumpe von Amazon für die 
Bremsflüssigkeit. Das mit ihr erzielte Vakuum ist laut Manometer 
deutlich schlechter (ca. 350 mbar)

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern konnte ich mit meiner Tochter den Raketenteststand im Hof 
testen. Beim ersten Versuch kippte dieser durch den doch zu großen Schub 
um. Beim zweiten Durchgang konnte ich dann schön den zeitlichen 
Kraftverlauf aufzeichnen. Dieser deckt sich sehr gut mit den Angaben des 
Herstellers (Klima Raketentechnik), Heureka...

[Christoph M. (mchris)]

mchris:
>>Was vielleicht in Richtung der Kraftmessung am stromdurchflossenen
>>Leiter geht: Ich überlege schon die ganze Zeit, wie ich die Kraft eines
>>Elektromagneten messen könnte.
stoppi:
>@ Christoph M.: Ich würde sagen, Versuch macht klug. So mache ich es bei
>meinen Experimenten auch immer ;-)
Du hast recht. Hier die erste Näherung:
Beitrag "Re: Elektromagnet bauen"

[Christoph E. (stoppi)]

Die Abhängigkeit des elektrischen Felds einer Punktladung vom Abstand r 
kennen wir ja in Form des Coulombgesetzes und zwar E(r) = 1/r². Doch wie 
sieht es mit dem Magnetfeld B(r) eines Magneten aus? Dieser Frage ging 
ich heute nach. Ich bestimmte die Flussdichte B eines starken 
Würfelmagneten in Abhängigkeit von der Entfernung r.

Damit ich auf die Potenz der r-Abhängigkeit komme, trage ich einfach 
ln(B) gegen ln(r) auf. Die Steigung k der erhaltenen Gerade entspricht 
dann genau der gesuchten Potenz n.

Ich komme auf eine Steigung von k = -n = -2.63. Demzufolge lautet die 
r-Abhängigkeit des Magnetfelds B(r) = 1/r^2.63.

Bei einer Leiterschleife beträgt die axiale Fernabhängigkeit des Felds 
B(r) = 1/r³.

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe mich neulich darüber informiert, wie ich Messdaten vom Arduino 
auf mein Smartphone senden kann und bin im Zuge dessen auf dieses Video 
gestoßen:

https://www.youtube.com/watch?v=jVy6Z5qA_h0

Darin wird gezeigt, wie man mittels Bluetooth-Modul HC-05 und der App 
"Arduino Bluetooth Terminal" 
(https://play.google.com/store/apps/details?id=com.frederikhauke.ArduTooth&hl=de&gl=US&pli=1) 
bis zu 6 Sensorwerte auf einfachste Weise übertragen kann. Zum Glück 
besaß ich noch einige Bluetoothmodule in meinem Fundus und so konnte ich 
die Übertragung gleich experimentell testen.

Als physikalische Anwendung werde ich eine kleine Zentrifuge basteln und 
die Zentripetal/fugalbeschleunigung in Abhängigkeit von der 
Winkelgeschwindigkeit omega und dem Bahnradius r ermitteln. Als Sensor 
drängt sich hierfür der MPU6050 geradezu auf. Er besitzt einen 3-Achsen 
Beschleunigungssensor und ein Gyroskop zur Erfassung der 
Winkelgeschwindigkeit in 3 Achsen. Durch das integrierte Gyroskop 
benötige ich zur Erfassung der Rotation nicht einmal eine Lichtschranke 
oder ähnliches. Es sollte sich folgende Abhängigkeit zeigen: a_zp = 
omega² * r.

[Christoph E. (stoppi)]

Die Zentrifuge für die Bestimmung der Zentripetalbeschleunigung in 
Abhängigkeit vom Bahnradius r und der Winkelgeschwindigkeit omega ist 
soweit fertig. Die Messungen dazu werde ich wohl am Wochenende 
durchführen...

Dann möchte ich noch eine Nebelkammer zur Sichtbarmachung radioaktiver 
Strahlung mittels Trockeneis umsetzen. Nebelkammern habe ich schon 3 
verschiedene umgesetzt, die mit Trockeneis fehlte mir noch in der 
Sammlung. Plastikgehäuse mit schwarzem Boden ist bereits auf Amazon 
gekauft. Das gefrorene CO2 bekomme ich direkt bei Linde in Graz.

Und dann habe ich noch einen spannenden Versuch zum Thema 
Oberflächenplasmonen. Plasmonen sind ja quantisierte Schwankungen der 
Ladungsträgerdichte in Festkörpern.

Link: https://physicsopenlab.org/2019/07/21/surface-plasmon-resonance/

Mit einem Laser wird unter verschiedenen Winkel ein Glasprisma 
bestrahlt. An dessen Hypothenuse befindet sich ein Glasobjektträger mit 
sehr dünner Goldbeschichtung (rund 50 nm dünn). Unter bestimmten Winkeln 
werden Oberflächenplasmonen angeregt und der Reflexionsgrad des Lasers 
sinkt.

Ich habe mich in den letzten Tagen u.a. darum gekümmert, solch einen 
Goldbedampften Objektträger zu besorgen. Es gibt einige Anbieter aus 
Übersee, nur die Verlangen 60-90 Euro alleine für den Versand. Mit Zoll 
würde mir ein einzelner Objektträger auf 120-150 Euro kommen. Das ist 
selbst mir zuviel. Daher habe ich meinen italienischen Kollegen Lodovico 
von physicsopenlab.org angeschrieben, ob er eventuell noch eine 
Goldprobe hat und diese an mich verkaufen würde. So wie es ausschaut, 
hat er eine ;-)

Und eine Gausskanone möchte ich mir auch noch basteln. Habe zwar schon 
eine in der Schule, aber für zuhause fehlte mir noch eine. Die dafür 
benötigten Kugeln und Würfelmagnete habe ich über Amazon bestellt. Die 
Winkelleiste aus Stahl besorge ich im Baumarkt...

[Alexander S. (alesi)]

Christoph E. schrieb:
> Ich habe mich in den letzten Tagen u.a. darum gekümmert, solch einen
> Goldbedampften Objektträger zu besorgen. Es gibt einige Anbieter aus
> Übersee, nur die Verlangen 60-90 Euro alleine für den Versand. Mit Zoll
> würde mir ein einzelner Objektträger auf 120-150 Euro kommen.

Für 75 Euro plus Versand gibt es einen vergoldeten Objektträger, 75 x 25 
x 1 mm, 50 nm Au von Nano-Tec aus den Niederlanden
https://www.microtonano.com/de/Nano-Tec-Gold-beschichtete-Objekttraeger.php
Naja, so viel günstiger als aus Übersee ist der aber auch nicht.

[Christoph E. (stoppi)]

@ alesi: Vielen Dank für den Link, kannte ich noch nicht. Da käme ich 
auf rund 93 Euro inkl. Versand und das ohne Zoll, schon einmal besser 
als die Angebote aus Übersee. Aber wie gesagt hoffe ich, dass ich von 
einem Kollegen aus Italien einen goldbeschichteten Objektträger 
günstiger bekomme ;-)

Die Messungen mkt der Zentrifuge konnte ich wie geplant gestern 
durchführen. Theorie und Experiment stimmen eigentlich sehr gut überein. 
Die Beschleunigungswerte a_x sprangen bei der Messung aber stärker 
herum, die Winkelgeschwindigkeiten g_z waren leichter zum Ablesen...

[Christoph E. (stoppi)]

Die Gausskanone habe ich jetzt zuhause auch umgesetzt, nachdem ich mit 
meinem jüngeren Sohn die Stahlwinkelleiste vom Baumarkt besorgt habe und 
die Stahlkugeln und Magnete von Amazon angekommen sind. Ich komme auf 
eine Geschwindigkeit von max. 7 m/s, also 25.2 km/h...

[Christoph E. (stoppi)]

Das Experiment zur Anomalie von Wasser ist auch im Kasten. Dabei habe 
ich experimentell die Wasserdichte in Abhängigkeit von der Temperatur 
ermittelt. Damit ich die geringen Dichteunterschiede überhaupt messen 
kann, verwende ich ein dünnes Steigrohr mit 3 mm Innendurchmesser. Der 
Glaskolben, welcher mittels Eiswürfel abgekühlt wird, fasst 500 ml. 
Schlussendlich betrug die Änderung der Steighöhe von 15.1°C nach 4°C 
genau 6.1 cm. Unterhalb von 4°C nimmt die Steighöhe h wieder langsam zu, 
da ja Wasser bei 4°C ein Dichtemaximum besitzt. Dieses Extremum konnte 
ich experimentell auch dank zweier Tiefkühlpizzen sehr schön nachweisen, 
Heureka...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/wasserdichte-anomalie-von-wasser/

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Christoph E. schrieb:
> Wie kann man dies erklären?

Der Impuls ist dabei nicht alles. Der größere Gummiball verformt sich 
bei dem Aufprall. Dabei wird eine "Gummiefeder" gespannt die dann den 
kleinen Ball nach oben zusätzlich beschleunigt.

Als Modell würde sich ein Gummiball eignen mit unten einer vorgespannten 
Feder auf die er fällt. Die vorgaspannte Feder wäre der untere große 
Ball, der gerade seinen Punkt der maximalen Verformung überschreitet.

Wenn der untere Ball zu groß wird, so dass der obere Gummiball bereits 
wieder weggeflogen ist, läuft es asymptotisch auf den normalen Wegprall 
hinaus.

Es gibt aber noch eine Schockwelle, die durch den unteren Ball läuft. 
Die ist dafür verantwortlich, dass die Abprallgeschwindigkeit, also des 
Beschleunigung des oberen Balls von der Theorie abweicht, wann dafür 
gesorgt würde, dass der obere Ball zeitlich verzögert aufprallt.

Wenn allso der untere Ball so groß wäre, dass der Vorgang 100ms dauere, 
die Schockwelle durch den Ball 10ms brauchen würde und man in mit 
unterschiedlicher Verzögerung (Schritte kleiner 0,5ms) den Ball 
aufschlagen ließe, wären Buckel im Verlauf des Diagramms über die Höhe 
des kleinen Balls.

[Christoph E. (stoppi)]

Zum Thema Diamagnetismus hätte ich noch einen Versuch. Wasser ist ja 
diamagnetisch. Postiert man nun einen starken Magneten unterhalb einer 
sehr dünnen Wasserschicht, so bildet sich aufgrund des Diamagnetismus 
eine leichte Mulde.

Richtet man einen Laser auf die Wasseroberfläche, so wird der Strahl 
durch die Mulde unterschiedlich abgelenkt, wenn man den Magneten 
darunter vorbeischiebt. Aus der Ablenkung x des Laserpunkts auf einer 
Skala in der Höhe H über dem Wasser kann der Steigungswinkel alpha der 
Mulde bestimmt werden. Integriert man die Steigungen auf, so erhält man 
das Tiefenprofil der Mulde. In meinem Fall war die Mulde an ihrer 
tiefsten Stelle 34 µm tief.

Auf ebay.com habe ich mir noch pyrolytischen Graphit bestellt für die 
diamagnetische Levitation. Dazu braucht man nur noch 4 starke 
Würfelmagnete, um das Graphitplättchen schweben zu lassen...

[Christoph E. (stoppi)]

Der goldbeschichtete Glasträger (Schichtdicke nur 50 nm) ist aus Italien 
angekommen. Jetzt warte ich nur noch auf das rechtwinkelige Glasprisma 
aus China, dann kann ich den Versuch zu den Oberflächen-Plasmonen 
machen. Das Silikonfett zum Ankoppeln des Glasträgers ist bereits 
angekommen...

Das ballistische Pendel ist soweit auch fertig und wartet auf seinen 
Einsatz bei mir im Hof aufgehängt an der Teppichstange/Klopfstange. Die 
Masse des Pendels beträgt 1045 g, die eines Pfeils nur 5.3 g.

Ende Februar/Anfang März werde ich noch von meinem kleinen Balkon aus 
den Bedeckungsveränderlichen Stern Algol im Sternbild Perseus 
photografieren. In Abständen von etwa 2 Tagen 20 Stunden sinkt dessen 
Helligkeit aufgrund der Bedeckung durch einen Begleitstern innerhalb von 
knapp 5 Stunden von 2.2 mag auf 3.4 mag ab. Vor mehr als 30 Jahren habe 
ich bereits Algol auf Film gebannt, nun werde ich das mit Digitalkamera 
wiederholen. Damals hatte ich auch ein Programm zur Simulation der 
Bedeckung in Turbo Pascal geschrieben. Die Auswertung der 
Sternhelligkeit erfolgt mit der Software IRIS.

Die Nebelkammer wartet auch nur noch auf das Trockeneis. Diesen Versuch 
werde ich gemeinsam mit meinem jüngsten Sohn durchführen. Als Reservoire 
für den Alkohol habe ich mir noch einen Schwamm besorgt. Am Boden der 
Nebelkammer befindet sich nun eine schwarz eloxiertes Aluminiumplatte. 
Diese kann dann schön durch das Trockeneis abgekühlt werden...

[Christoph E. (stoppi)]

Vor einem Monat habe ich die magnetische Flussdichte B(r) in 
Abhängigkeit vom Abstand r zum Magneten bestimmt und eine 1/r^2.63 
Funktion erhalten. Nun habe ich noch die Kraft F(r) zwischen zwei 
Magneten in Abhängigkeit vom Abstand r ermittelt. Ich erhalte eine 
1/r^3.78 Funktion. Die Kraft nimmt also deutlich schneller ab als beim 
Coulombgesetz für zwei Punktladungen, wo ja F(r) = 1/r² gilt...

[Joe G. (feinmechaniker)]

Bei magnetischen Punktladungen müßte doch eigentlich auch eine 1/r^2 
Proportionalität auftreten. Hast du mal versucht viele kleine 
Magnetwürfel zu einem Stab aufzuschichten und dann den Versuch zu 
machen? Je länger der Stab wird, um so mehr müßte sich die Polstärke ja 
einer magnetischen Punktladung annähern.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank für deinen Kommentar, Joe...

Ich habe mich der Sache mit dem Abstandsgesetz der Magnetkraft noch 
einmal angenommen. Gehen wir von zwei Magnetdipolen (Dipollänge d) im 
Abstand x zueinander aus und weiters von einem 1/r² Kraftgesetz zwischen 
den einzelnen Polen. Dann lautet die Gesamtkraft auf den Magneten/Dipol:

F(x) = 1/(x-d)² - 2/x² + 1/(x+d)².

Mache ich eine Taylorentwicklung für große Abstände, also kleine 
d/x-Werte, so erhalte ich eine 1/x^4 Abhängigkeit  q.e.d

Diese 4-te Potenz lässt sich auch mittels Excel herleiten, wenn ich für 
obige Kraftformel ln(F) gegen ln(x) auftrage. Der Anstieg der so 
erhaltenen Gerade ist dann -4, also wieder genau diese Potenz des 
Kraftgesetzes.

Somit liege ich mit meinen experimentellen 1/x^3.78 gar nicht so weit 
weg von der Theorie, Heureka...

[Joe G. (feinmechaniker)]

In der Tat eine gute Herleitung und natürlich auch Erklärung für die 
Kraftwirkung magnetischer Dipole. Bei Monopolen kommt als Grenzwert auch 
wieder prima 1/r^2 raus.

[Christoph M. (mchris)]

F~1/r⁴ ist ein interessantes Ergebnis und erklärt die gefühlsmäßig so 
schnelle Abnahme der Kraftwirkung zweier Magneten.

Ich denke, dass F~Phi=AxB ist.
Phi: magnetischer Fluss
A: Fläche
B: magnetische Flussdichte

Man könnte vielleicht ein Münze bekannter Fläche an den Kopf eines 
3D-Druckers montieren, die Balkenwaage auf das Druckbett stellen und die 
Krafwirkung in Z-Richtung mit der Münze "abrastern". Dann würde man 
sogar eine 3-dimensionalle Darstellung bekommen.

[Christoph E. (stoppi)]

Geigerzähler auf Arduino-Basis mit dem Endfensterzählrohr Philips 
ZP1400, welches auch für Alphastrahlung sensibel ist.

[Christoph E. (stoppi)]

In der Zwischenzeit habe ich den Plasmonen-Versuch durchführen können. 
Vom Experiment zur Bragg-Reflexion hatte ich noch einen Winkelmesser 
übrig. Dieser eignete sich wunderbar für diesen Versuch. Mit einem Laser 
(ich probierte es mit einem roten Laserpointer und einem HeNe-Laser) 
zielt man auf ein Glasprisma, an dessen Hypothenuse der goldbeschichtete 
Glasträger mittels Silikon angebracht ist. Jetzt sollte die Intensität 
des total reflektierten Laserstrahls bei einem bestimmten Winkel 
aufgrund der Plasmonenanregung deutlich abnehmen.

Leider konnte ich diese Abnahme (bis jetzt) experimentell nicht 
erfassen. Ich drehte zuerst das Prisma sehr langsam und verfolgte die 
Helligkeit des Laserpunkts auf dem Schirm. Dabei fiel mir eben kein 
Helligkeitseinbruch auf. Die Winkelauflösung betrug hier um die 0.5°. 
Normalerweise (siehe 
https://physicsopenlab.org/2019/07/21/surface-plasmon-resonance/) sollte 
das Minimum eine Breite von 5° haben, also müsste ich es ohne Probleme 
auflösen können.
Dann drehte ich das Prisma schnell hin und her, um eine dunkle Stelle in 
der so auf dem Schirm erzeugten Laserlinie zu entdecken. Auch hier war 
leider nichts zu erkennen. Der Intensitätseinbruch müsste laut 
physicsopenlab rund 75% betragen, also doch auch visuell deutlich 
erkennbar oder?

Zur Kopplung des goldbeschichteten Glasträgers mit dem Prisma habe ich 
Silikonfett, Silikonöl und dann Silikon zur Kopplung von Szintillatoren 
an Photomultiplier ausprobiert. Mit keinem dieser drei konnte ich aber 
die Helligkeitsabnahme beobachten. Ehrlich gesagt weiß ich im Moment 
nicht wirklich, was ich nun noch ausprobieren soll bzw. wo der "Fehler" 
liegt. Hat vielleicht jemand von euch noch einen Tipp für mich? Danke im 
voraus...

[Christoph E. (stoppi)]

Vor einiger Zeit machte ich Versuche zum Thema Schlierenfotographie. 
Dazu benutzte ich die Foucault-Methode mit einem Hohlspiegel, einer 
punktförmigen Lichtquelle und einer Rasierklinge. Das klappte ganz 
gut...

Es gibt aber noch eine weitere Methode zur Sichtbarmachung von 
Wärmeströmungen/Schlieren und zwar mittels Moiré-Effekt. Man benötigt 
für dieses Experiment lediglich ein auf Papier ausgedrucktes feines 
Gitter (bei mir betrug die Gitterkonstante 1 mm und die Linienstärke 0.5 
mm), eine Digitalkamera mit Zoomobjektiv, eine Wärmequelle (z.B. 
Lötkolben oder Kerze) und eine Bildbearbeitungssoftware (z.B. Gimp).

Man macht aus einiger Entfernung nun je ein Photo des Gitters mit und 
ohne Wärmequelle. Die Ausrichtung der Kamera und die 
Objektiveinstellungen (Brennweite) dürfen sich dabei ja nicht mehr 
ändern. Diese beiden Bilder werden in der Software hochgeladen und 
voneinander abgezogen/subtrahiert. Hat man alles richtig gemacht, 
müssten die Schlieren sichtbar werden...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/schlierenphotographie/

[Christoph E. (stoppi)]

Am Wochenende konnte ich Messungen zur Bragg-Reflexion von Gammastrahlen 
am Lithiumfluorid-Einkristall durchführen. Zu erwarten/erhoffen wäre ein 
Anstieg der Zählraten im Bereich der Glanzwinkel bei 3°, 6°, 9° usw.

Leider lagen die Zählraten nur minimal über dem Background. Ich bräuchte 
also eine deutlich stärkere Quelle. Diese hätte dann aber wohl auch eine 
größere Fläche und der Effekt wäre wieder zunichte gemacht. Die 
Wellenlänge der 60 keV Gammastrahlen ist für dieses Experiment auch zu 
gering. Daher liegen die Glanzwinkel bei Vielfachen von nur 3°, was die 
Messung auch nicht gerade erleichtert. Dieses Experiment wird ja in der 
Regel mit Röntgenstrahlung durchgeführt. Ich habe zwar schon erfolgreich 
Röntgenversuche unter strenger Beachtung der Sicherheit durchgeführt, 
hier für diesen Versuch möchte ich aber von Röntgenstrahlung Abstand 
nehmen. Zudem würde eine Dentalröntgenröhre aus Indien mit rund 300 Euro 
inkl. Zoll zu Buche schlagen, deutlich zu viel für mich...

Mit sehr viel Fantasie kann man in meinem Graphen die minimale Erhöhung 
der Zählraten bei den Glanzwinkeln erkennen. Alles in allem verhindern 
aber die oben angeführten Punkte eine erfolgreiche Messung.

Wichtiger Hinweis: Bei Experimenten mit radioaktiven Proben ist 
allergrößte Sorgfalt und Vorsicht geboten. Ein Kontakt der Probe mit der 
Umgebung bzw. dem menschlichen Körper ist gänzlich zu vermeiden!!!

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/bragg-reflexion/

[Christoph E. (stoppi)]

Für den Sohn meines Cousins habe ich eine einfache Coladosen-Boombox mit 
zwei LM386 Audioverstärkern gebastelt. Für Zimmerlautstärke reicht es. 
Als Spannungsquelle dienen im Moment zwei 18650 Liion-Zellen. Die 
Lautsprecher müssen einen Durchmesser von 50 mm besitzen. Davon hatte 
ich noch zwei Stück in meiner Bastelkiste...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/coladosen-boombox/

[Christian M. (likeme)]

Christoph E. schrieb:
> Für den Sohn meines Cousins habe ich eine einfache Coladosen-Boombox mit
> zwei LM386 Audioverstärkern gebastelt.

Nettes Projekt, die heutige Jugend (meine) ist leider recht 
perfektionistisch und kommt mit sowas gar nicht klar. Das ist so wie 
selbstgestrickter Pulli, voll peinlich ;-)

[Cyblord -. (cyblord)]

Christian M. schrieb:
> ettes Projekt, die heutige Jugend (meine) ist leider recht
> perfektionistisch und kommt mit sowas gar nicht klar. Das ist so wie
> selbstgestrickter Pulli, voll peinlich ;-)

Natürlich kann man heute verprügelt werden, mindestens aber ausgelacht, 
wenn man mit ner alten Dose als Boombox aufm Pausenhof aufschlägt. Nur 
Boomer finden sowas cool.
Dann haben die meisten Smartphones heute keinen Kopfhöreranschluss mehr. 
Externe Lautsprecher u.ä. werden über Bluetooth angebunden. Schon seit 
ewig.

Also Leute, eure Altherren-Basteleien sind ja lustig, aber last eure 
Kinder damit in Ruhe. Die leben in der Gegenwart. Ganz anders als ihr.

[Christoph E. (stoppi)]

Zu meinem Versuch mit dem diamagnetischen Wasser passt die 
diamagnetische Levitation von pyrolytischen Graphit. Diesen bekommt man 
für rund 12 Euro auf ebay.com. Starke Würfelmagnete hatte ich noch...

link: https://www.ebay.com/itm/222356120031

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Cyblord -. schrieb:
> Natürlich kann man heute verprügelt werden, mindestens aber ausgelacht,
> wenn man mit ner alten Dose als Boombox aufm Pausenhof aufschlägt.

Wir wissen aus Deinen bisherigen Posts, dass Du der erste sein wirst der 
lacht und dann das verpruegeln anstiften wuerdest, wenn es nicht von 
selbst datu kommt.

[Christoph E. (stoppi)]

Die Lichtgeschwindigkeit habe ich bereits auf mehrere Arten bestimmt. 
Nun kommt noch eine Variante mit Lichtleiterkabel dazu. Ich beleuchte 
eine Photodiode mit sehr kurzen Lichtpulsen (ca. 160 ns Länge) und eine 
weitere über ein 50 m langes Lichtleiterkabel. Bei einem Brechungsindex 
von 1.5 liegt die Lichtgeschwindigkeit bei 200000 km/s. Demnach sollte 
es zu einer Verzögerung des zweiten Pulses von 250 ns kommen. Den 
Lichtleiter habe ich um nur 6 Euro auf aliexpress bestellt. Dieser ist 
gerade unterwegs zu mir.

Die elektronische Schaltung (NE555 astabil, 74121 Monoflop, 
7667-Mosfettreiber, Photodioden SFH203) läuft bereits so wie erwünscht.

Und dann setze ich noch ein Wellenpendel um. Dazu habe ich mir 4 Stück 
Newtonsche Kugelpendel günstig gekauft. Von diesen werde ich nur die 
Kugeln mit Öse verwenden. Die dazu passende Nylonschnur ist bereits 
angekommen. Jetzt geht es an den mechanischen Aufbau des 
Wellenpendels...

[Peter F. (toto)]

Christoph E. schrieb:
> Die elektronische Schaltung (NE555 astabil,.....

Ist für den Versuch jetzt nicht unbedingt notwendig, aber falls du mal 
mit einfachen Mitteln ultrakurze Impulse erzeugen willst, such mal nach 
"Avalanche Transistor".(Geht auch mit normalen Transistoren z.B. BC548 
ca. 200V)
1-2 Nanosekunden Rechteckimpulse sind mit der Koaxkabelvariante kein 
Problem.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Peter F. schrieb:
> Christoph E. schrieb:
>> Die elektronische Schaltung (NE555 astabil,.....
>
> Ist für den Versuch jetzt nicht unbedingt notwendig, aber falls du mal
> mit einfachen Mitteln ultrakurze Impulse erzeugen willst, such mal nach
> "Avalanche Transistor".(Geht auch mit normalen Transistoren z.B. BC548
> ca. 200V)
> 1-2 Nanosekunden Rechteckimpulse sind mit der Koaxkabelvariante kein
> Problem.

Tektronix schaffte es übrigens auch in den 60ern mit ausgewählten 
Exemplaren von 2N3904 und sachgerechten Transmission-Line Aufbau bis auf 
350ps Flankensteilheit herunterzukommen. Die Avalanchespannung war da 
auch um die 200V. Das stand in irgendeiner Tek. Publikation mit 
Schaltungseinzelheiten.

War damals übrigens schon eine tolle Zeit exotischer Halbleiter. 
Tunneldioden, SRDs, Sampling Schaltdioden besonderer Bauart. Da konnte 
man schon tolle Sampling Schaltungen aller Arten konstruieren. Wenn man 
die alten App Notes und Journals wie HP-Journal u.ä. Studiert, findet 
man allerhand Faszinierendes.

[Christoph E. (stoppi)]

Vor langer, langer Zeit habe ich einmal ein Turbo-Pascal-Programm zur 
Simulation der Lichtkurve von bedeckungsveränderlichen Sternen wie etwa 
Algol im Sternbild Perseus geschrieben. Dazu habe ich jetzt dann Bilder 
von ihm aufgenommen und seine Helligkeit mit der Astrosoftware IRIS 
bestimmt. Dazu ermittelt man die Pixelintensitäten von Sternen bekannter 
Helligkeit und eben vom Veränderlichen. Dann fertigt man einen Graphen, 
legt eine Ausgleichsgerade rein und liest die unbekannte Helligkeit des 
Veränderlichen ab. Wiederholt man dies für sehr viele unterschiedliche 
Zeiten und normiert alle Ergebnisse auf eine einzelne Periode, so erhält 
man die Lichtkurve des Veränderlichen.

Meine Aufnahmen machte ich vom Balkon aus inmitten einer Stadt. 
Astronomie kann man also auch an ungünstigsten Orten betreiben... ;-)

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/veraenderliche-sterne/

[M.A. S. (mse2)]

Christoph E. schrieb:
> Dazu habe ich jetzt dann Bilder
> von ihm aufgenommen und seine Helligkeit mit der Astrosoftware IRIS
> bestimmt. Dazu ermittelt man die Pixelintensitäten von Sternen bekannter
> Helligkeit und eben vom Veränderlichen.

Mann, was Du alles für Sachen machst. Toll!!!

:)

[Christoph E. (stoppi)]

In den letzten Tagen sind einige Sachen aus China für meine 
Physikprojekte eingetroffen.

1.) Plexiglasröhre und Polarisationsfilter für ein Zauberexperiment: Man 
gibt zwei Polarisationsfilter um 90% verdreht ins Innere des 
Plexiglasrohrs. Dadurch hat man den Eindruck als befände sich ein Boden 
in der Mitte des Rohrs. Dann lässt man wie durch Zauberei einen Ball 
oder anderen Gegenstand durch das Rohr fallen, ohne dass dieser vom 
Boden aufgehalten wird...

Leider waren die China-Polarisationsfolien mit einer Klebeschicht 
versehen und ich konnte sie nicht ganz ins Rohr stecken. Zudem war der 
Polfilter nicht parallel zu den Schnittkanten ausgerichtet sondern im 
Winkel von 45°. Daher verdunkelten die zu einem Kreis gebogenen Filter 
bereits einzeln für sich das Licht. Auf Amazon habe ich mir deshalb 
neue, nicht klebende und richtig ausgerichtete Polfilterfolie bestellt.

2.) Versuche zur Oberflächenspannung: Einmal möchte ich die 
Oberflächenspannung von Wasser mit der Ringmethode und meinem 
Arduino-Newtonmeter bestimmen und dann die Steighöhe des Wassers in 
einem Keil. Dazu habe ich mir gebrauchte Objektträger aus Glas auf 
willhaben besorgt. Durch die Oberflächenspannung steigt das Wasser in 
der Kapillare/dem Keil hoch und zwar mit 1/d.

Die Minimaloberfläche einer Seifenblase zwischen zwei Ringen aus Draht 
habe ich theoretisch und experimentell ermittelt. Dazu habe ich die 
Oberfläche von Paraboloiden berechnet und das Minimum bestimmt. 
Funktioniert sehr gut...

3.) Versuche zur Reibung: Hier werde ich die Haft- und Gleitreibung 
ebenfalls mit meinem Arduino-Newtonmeter bestimmen. Dazu habe ich mir 
aus Holz ein Reibungsobjekt gebastelt. Auf einer Fläche habe ich für 
einen unterschiedlichen Reibungskoeffizienten Moosgummi aufgeklebt. Und 
dann gibt es noch einen schönen Versuch zur Reibung mit einem Besen. Man 
legt diesen auf die beiden Zeigefinger und bewegt dann die beiden Finger 
aufeinander zu. Wie von Zauberhand bewegt sich einmal der eine Finger 
und dann wieder der andere und beide treffen sich immer beim Schwerpunkt 
des Besens. Dies kann man schön mit Gleit- und Haftreibung erklären.

Den Versuch mit der schiefen Ebene zur Bestimmung des 
Haftreibungskoeffizienten µ mit µ = tan(alpha) habe ich bereits 
durchgeführt...

[Christoph E. (stoppi)]

Die Versuche zur Oberflächenspannung sind im Kasten.

1.) Einmal das Experiment "Wasserkeil" zur Veranschaulichung des 
Kapillareffekts. Laut meiner Herleitung sollte die Steighöhe h indirekt 
proportional zur lokalen Plattendicke d sein. Konkret lautet die Formel: 
h = (2*Sigma/ro*g)*1/d.
Die Auswertung des Meniskus erfolgt mit der kostenlosen Software 
Tracker. Ich erhalte eine schöne Gerade, wenn ich h gegen 1/d auftrage. 
Die aus deren Steigung ermittelte Oberflächenspannung Sigma von Wasser 
weicht mit 21 mN/m aber deutlich vom Sollwert 75 mN/m ab. Warum, kann 
ich im Moment nicht sagen. Vielleicht stimmt auch "meine" Formel 
nicht...

2.) Bestimmung der Oberflächenspannung von Wasser mit der Ringmethode: 
Man taucht einen Metallring in Wasser ein und zieht ihn dann langsam 
heraus. Kurz vorm Abreißen des Wasserfilms zeigt die Waage/Newtonmeter 
dann Gewicht plus Oberflächenspannung an. Es gilt: Sigma = F/(2*2*r*Pi). 
In meinem Fall betrug die Kraft unmittelbar vor dem Abriss des 
Wasserfilms 0.2020 N und das Gewicht des Metallrings 0.1744 N. Mit dem 
Durchmesser d = 57.9 mm des Rings ergibt sich eine Oberflächenspannung 
Sigma = 75.9 mN/m. Dies stimmt sehr gut mit den Tabellenwerten (67.9 
mN/m bei 50°C, 72.75 mN/m bei 20°C) überein, Heureka...

3.) Minimaloberfläche: Ich spanne eine Seifenhaut zwischen zwei 
Kreisringen mit dem Radius R und den Abstand H. Die Seifenhaut folgt 
nicht der Zylinderoberfläche, sondern ist eingebuchtet. Dadurch 
reduziert sich die gebildete Oberfläche. Diese Verminderung habe ich 
auch theoretisch hergeleitet, indem ich die Oberfläche eines Paraboloids 
in Abhängigkeit von R, H und der Einbuchtung T hergeleitet habe. Bei R = 
H = 50 mm erhalte ich etwa bei T = 8 mm die minimale Oberfläche. Dies 
deckt sich recht gut mit dem Experiment...

Link zu mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/oberflaechenspannung/

[J. S. (engineer)]

Steffen W. schrieb:
> @ Jürgen S.
> Nimm doch einfach einen alten Trafo oder Drossel mit EI Kern.
Als Ersatz für den diskutierten Neodym-Magneten?

Christoph E. schrieb:
> Aber ja nicht auf den Sonnenfilter vergessen
.. und zuvor auf kleine Fehlstellen und Löcher kontrollieren! Die SB-ALU 
Folien-Filter, die Viele benutzen, sind dabei kritisch zu sehen. Gute 
Filter gibt es z.B. von Baader, wer es braucht.

Zum Thema Physikexperimente (hier mi Astro-Bezug) arbeite ich gerade an 
einer BV zur Verbesserung des optischen Seeings. Kommt gfs auch hier als 
Bereicht. Momentan wird meine neue Errungenschaft verwurstet:

[Christoph E. (stoppi)]

Zwei Versuche zur Haft- bzw. Gleitreibung habe ich jetzt durchgeführt. 
Einmal die schiefe Ebene, welche man so lange neigt, bis die darauf 
befindlichen Gegenstände zu rutschen beginnen. Es besteht dann folgender 
Zusammenhang zwischen Haftreibungskoeffizienten und Neigungswinkel: µ = 
tan(alpha).

Und dann habe ich noch den Haft- und Gleitreibungskoeffizienten mit 
meinem Holzblock und dem Arduino-Newtonmeter bestimmt. Einfach den 
Gegenstand so lange ziehen, bis er sich in Bewegung setzt und die 
Haftreibung überwunden hat und dann beim Gleiten die Überwindung der 
kleineren Gleitreibung. Der Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung 
war jetzt nicht so groß aber messbar...

Zum Schluss noch ein kleiner Zaubertrick mit zwei Polarisationsfolien, 
welche man gekreuzt in einem Plexiglasrohr postiert. Dadurch wird in der 
Mitte der Eindruck erweckt, im Rohr befände sich ein schwarzer Boden. 
Dann lässt man einen Tischtennisball durchs Rohr fallen und wie durch 
Zauberhand fliegt dieser durch den Boden...

[Christoph E. (stoppi)]

Hier 
(https://www.instructables.com/Optically-Measure-Nanometer-Distances-on-the-Dinne/) 
bin ich auf ein sehr schönes Experiment zum Thema "Interferenz an dünnen 
Schichten" gestoßen. Das musste ich natürlich auch gleich durchführen. 
Man benötigt dazu eine Weißlichtquelle (in meinem Fall eine gewöhnliche 
Glühbirne), zwei teildurchlässige Spiegel (bekommt man günstig bei PGI 
oder Astromedia) und ein Spektroskop mit Lichtleiteranschluss. Letzteres 
habe ich mir vor rund 1 Jahr gebastelt.

Zwischen den Spiegelschichten befindet sich ein enger Zwischenraum aus 
Luft der Länge L. Wenn der Wegunterschied der Lichtstrahlen 2*L genau 
ein Vielfaches der Wellenlänge lambda ist, transmittiert diese 
Wellenlänge durch das Interferometer. Es muss also für Transmission 
gelten: 2*L = n*lambda.

Diese Bedingung ist nur für bestimmte Wellenlängen erfüllt. Nimmt man 
also mit dem Spektroskop das Transmissionsspektrum auf, so müsste man 
einzelne Peaks beobachten können. Genau dies war bei mir der Fall...

Man kann auch die Position der Peaks theoretisch berechnen eben mit der 
Gleichung 2*L = n*lambda. Die Übereinstimmung Theorie-Experiment ist 
recht gut.

Ein sehr nützliches online-tool zur Berechnung des 
Transmissionsspektrums: 
https://www.filmetrics.com/reflectance-calculator?wmin=400&wmax=700&wstep=1&angle=0&pol=s&units=nm&mat[]=SiO2&d[]=0&mat[]=Al&d[]=15&mat[]=Air&d[]=1600&mat[]=Al&d[]=15&mat[]=SiO2&d[]=0&sptype=t

[Christoph E. (stoppi)]

Zwei "Zaubertricks" habe ich noch zum Thema Polarisationsfilter. Zum 
einen das 3-Filter-Paradoxon und dann das magische Klebeband.
Beim 3-Filter-Paradoxon strahlt man zunächst einen Laser durch einen 
Polarisationsfilter. Dann kommt ein zweiter Filter senkrecht dazu. Die 
Intensität sinkt nahezu auf 0. Nun postiert man einen dritten um 45° 
geneigten Filter zwischen den beiden anderen und siehe da, es kommt 
wieder wider Erwarten Licht durch. Wenn die Intensität durch den ersten 
Filter I0 beträgt, dann kommt bei 3 Filter I0/4 durch...

Für den Klebeband-Versuch benötigt man zwei Polarisationsfilter, eine 
Overhead-Folie und Klebeband (Tixo). Dieses klebt man regellos und zum 
Teil auch mehrfach übereinander auf die Overheadfolie. Gibt man das 
Ganze nun zwischen zwei Polarisationsfilter, so entsteht ein 
wunderschönes Farbenspiel...

[Christoph E. (stoppi)]

Was macht man am Ostersonntag? Richtig, experimentieren...

Habe das Experiment zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit 
durchgeführt, nachdem am Freitag das 50 m lange Lichtleiterkabel 
angekommen ist. Ich messe eine Zeitverzögerung von 250 ns, was einer 
Lichtgeschwindigkeit im Glasfaserkabel von 2*10^8 m/s und demnach einem 
Brechungsindex n = 1.5 entspricht. Dies deckt sich ausgezeichnet mit den 
Tabellenwerten zwischen 1.47 und 1.55, Heureka...

Ich habe den Aufbau aber ein wenig abändern müssen, nachdem das Signal 
durch das Glasfaserkabel nicht nachweisbar war, wenn ich den Laserstrahl 
über die Kollimatorlinse einkoppelte und der Abstand Laser-Fasereintritt 
einige cm betrug. Also musste ich die Idee mit den zwei Photodioden 
verwerfen.

Jetzt leuchte ich mit der Laserdiode ohne Kollimatorlinse einmal direkt 
auf die Photodiode und dann über das Lichtleiterkabel. Dabei halte ich 
den Fasereintritt direkt auf das Glas der Laserdiode. So erhalte ich 
zumindest Signale im Bereich 50-100 mV (siehe angehängtes Oszibild).

Hier kann man sich einen ähnlichen Aufbau kaufen: 
https://i-fiberoptics.com/educational-detail.php?id=13200

Schönen Ostersonntag noch ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Das axiale Magnetfeld einer unendlich langen Zylinderspule beträgt H = 
n*I/L bzw.B = µ0*n*I/L. Bei einer endlich langen Spule ist dies nicht 
mehr ganz so. Dem bin ich auf die Spur gegangen und habe das Magnetfeld 
einer Spule der Länge L mit N Windungen theoretisch bzw. experimentell 
bestimmt. Die Übereinstimmung ist sehr gut...

[Rbx (rcx)]

Christoph E. schrieb:
> Ich komme auf
> eine Geschwindigkeit von max. 7 m/s, also 25.2 km/h...

7,111111111111 * 36

[Christoph E. (stoppi)]

Das gebrauchte Maxwellrad ist inzwischen gut angekommen und so konnte 
ich das Experiment gleich durchführen. Mit der Software "Tracker" habe 
ich die langsame Beschleunigung aufgezeichnet und a bestimmt. Ich komme 
auf einen Wert von a = 0.1071 m/s². Damit konnte ich das Trägheitsmoment 
um den Schwerpunkt zu I_S = 0.00043 kg*m² ermitteln.

Dieses Trägheitsmoment habe ich dann auch noch mittels der Gesamtmasse m 
= 530 g und den Abmessungend es Rotationskörpers berechnet und erhalte 
I_S = 0.00049 kg*m². Mit der Abweichung beider Ergebnisse bin ich aber 
zufrieden...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/maxwellrad/

[Christoph E. (stoppi)]

Vor zwei Jahren habe ich ein Modell eines Teilchenbeschleunigers mit 
Spulen und Lichtschranken gebastelt. Jetzt fertige ich gerade ein 
weiteres Modell an, welches mit Hochspannung betrieben wird. In einer 
großen Plastikschale befinden sich abwechselnd mehrere Elektroden, an 
die das DC-HV-Netzteil angeschlossen wird. Ein mit Graphitlack 
besprühter Tischtennisball wird nun in die Schale gegeben. Aufgrund der 
Abstoßung gleichnamiger Ladungen bewegt sich dieser dann im Kreis.

Ich warte eigentlich nur noch auf den Graphitlack von Reichelt, dann 
kann ich den Teilchenbeschleuniger hochfahren ;-)

Vor 30 Jahren habe ich in Turbo-Pascal ein Teilchenbeschleuniger-Spiel 
programmiert. Es geht darum, ein Elektron mittels Beschleunigungsstecken 
auf möglichst hohe Geschwindigkeit zu bringen. Dazu müssen die 
Elektroden immer möglichst zeitgerecht per Tastatur umgepolt werden...

[Joe G. (feinmechaniker)]

Das Maxwell-Rad ist ein sehr schönes Beispiel für die transformatorische 
Kopplung zwischen translatorischen und rotatorischen Systemen. Ich habe 
es mal in LTSpice nachgebaut ;-) Jetzt kann man sich sehr schön den 
zurückgelegten Weg, die Drehzahl oder die konstante Beschleunigung in 
Abhängigkeit der mechanischen und geometrischen Parameter ansehen.

[Christoph M. (mchris)]

>Ich habe es mal in LTSpice nachgebaut ;-)

Nett. Könntest du die Funktionsblöcke P,I und 4 Pol anhängen, sonst 
läuft es nicht.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank Joe für deinen sehr spannenden Beitrag...

Nachdem inzwischen der Graphitlack von Reichelt angekommen ist, konnte 
ich meinen elektrostatischen Teilchenbeschleuniger (klingt 
beeindruckender als er ist ;-)) testen. Zuerst betrug der 
Elektrodenabstand nur 30° und ich erhielt schon bei sehr niedriger 
Spannung Überschläge über die nun leitfähige Kugel. Deshalb habe ich den 
Elektrodenabstand zuerst auf 45° und in der finalen Version auf 90° 
erhöht. Im letzteren Fall konnte ich mein HV-Netzteil mit 14.5 kV voll 
ausschöpfen ohne Überschläge. Die Geschwindigkeit ist einigermaßen 
zufriedenstellend. Vielleicht hänge ich ja alles noch an mein 
35kV-Netzteil, mal schauen...

Auf meiner Homepage gibt es ganz unten ein Video davon zu sehen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/teilchenbeschleuniger/

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph M. schrieb:
> Könntest du die Funktionsblöcke P,I und 4 Pol anhängen, sonst
> läuft es nicht.

gerne
https://github.com/Feinmechaniker/Mechatronik/tree/Mechatronik/00%20AB/99%20Tools/01%20LTSpice

[Christoph E. (stoppi)]

Jetzt habe ich noch mein altes Michelson-Interferometer weitestgehend 
bestehend aus Teilen eines alten DVD-Brenners dokumentiert.

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/michelson-interferometer/

Verwendung fanden die rote Laserdiode, ein halbdurchlässiger Spiegel, 
eine Linse für den Kollimator und die Aufweitungsoptik und schließlich 
noch Druckfedern für die Spiegelhalterungen. Eines meiner wohl schönsten 
Projekte vor allem wegen der Wiederverwendung alter Teile...

Funktionieren tut es anstandslos, auch nach vielen Jahren der 
Nichtnutzung ist die Justage nach einer Minute erledigt. Es reagiert 
sehr fein auf kleinste Berührungen der Spiegelhalter mit einem Finger.

[Christoph E. (stoppi)]

Beim Wellenpendel komme ich auch schön langsam weiter. Ich werde die 
Kugeln nur noch mit M10-Muttern beschweren, da sonst die Nylonschnur 
nicht wirklich straff gespannt ist. Habe mich für 14 Pendeln und eine 
Wiederholungszeit von 40 sek entschieden...

Von Opitec habe ich mir zwei Schiffsmodelle gekauft (Katamaran und 
Kielboot). Damit werde ich das rücktreibende Drehmoment in Abhängigkeit 
vom Krängungswinkel bestimmen und zeigen, dass der Katamaran teilweise 
bei starkem Wind zu instabilen Situationen bzw. zum Kentern führen kann.

Link: https://www.opitec.at/katamaran-easy-line.html

Ebenfalls von Opitec habe ich mir einen Reed-Relais-Motor und einen 
einfachen Elektromotor kommen lassen. Da werde ich ein Video zu 
besonders einfachen bzw. ausgefallenen Motoren machen.

Link: https://www.opitec.at/opitec-reedkontakt-motor.html?pgNr=49

Und dann konnte ich noch zwei Experimente zum Thema Widerstände 
durchführen. Einmal ein quasi unendlich großes Widerstandsnetzwerk mit 
einem schönen Grenzwert und dann die Bestimmung des Widerstands eines 
dünnen Widerstandskeils. Diesen habe ich mit dem kürzlich gekauften 
Graphitlack erzeugt. Eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und 
Experiment konnte ich bei einer Graphitschichtdicke von nur 6 nm 
erzielen. Dies ist natürlich viel zu wenig. Daher muss der spezifische 
Widerstand meines Graphitlacks deutlich über jenem reinen Graphits 
liegen. Ansonsten stimmen die beiden Kurven sehr gut überein...

[Christoph E. (stoppi)]

Zwei einfache Elektromotoren habe ich inzwischen umgesetzt. Einmal den 
Reed-Kontakt-Motor und dann einen, bei dem ich als Kommutator den 
Kupferlackdraht an den Enden nur an einer Seite abisoliert habe. Einen 
solchen basteln auch die Schüler im Physiklabor...

Zwei Varianten von homopolaren Motoren kommen noch dazu. Dafür habe ich 
gerade Batterien Typ D und Zylindermagnete auf Amazon bestellt. Die 
müssten am Montag ankommen.

Die beiden Schiffsmodelle (Katamaran und Kielboot) sind auch schon 
fertig verleimt. Habe heute noch kleine Ringschrauben und eine Wanne 
fürs Wasser besorgt. An den Ringschrauben fixiere ich die Boote dann mit 
Schnüren. Die zum Neigen der Schiffe notwendige Kraft bestimme ich 
abermals mit meinem Arduino-Newtonmeter. Da kann ich bis hinab zu 0.1 mN 
messen, falls notwendig. Die Neigung der Schiffe erfasse ich mit einer 
gewöhnlichen Winkelskala + Lot.

[Christoph E. (stoppi)]

Inzwischen sind die Magnete und die Batterien für die zwei Varianten 
eines homopolaren Motors angekommen, funktionieren sehr gut...

Und mit den ebenfalls eingetrudelten NTC-Widerständen konnte ich die 
Kennlinien eines ohmschen, PTC- und NTC-Widerstands aufnehmen. Beim 
NTC-Widerstand liegt ja bei der Messung eine instabile Lage vor. Durch 
den Strom erwärmt sich der NTC-Widerstand, seine Temperatur T steigt und 
sein Widerstand R sinkt. Dadurch erhöht sich die Stromstärke weiter und 
sein Widerstand fällt sukzessive. Daher kann man seine Kennlinie nur 
bedingt aufnehmen...

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern konnte ich den Versuch "Katamaran vs. Kielboot" durchführen. 
Beim Kielboot steigt die Kraft/das Drehmoment mit zunehmenden 
Krängungswinkel stetig an, was zu einer Stabilisierung führt.

Beim Katamaran ist dies anders. Da durchläuft die Kraft/das Drehmoment 
bei geringen Krängungswinkel ein Maximum um danach wieder deutlich 
abzufallen. Genau in diesem Bereich ist der Katamaran instabil. Reicht 
bei heftigen Wind bei einem bestimmten Winkel alpha dort das 
rücktreibende Drehmoment nicht aus, so kippt der Katamaran...

[Christoph E. (stoppi)]

Kleiner Zwischenbericht über die noch ausständigen Projekte:

1.) Wellenwanne: Den Vibrator setze ich mit Lego-Technik um. Für die 
Wanne habe ich mir eine aus Kunststoff bestellt. Leider besitzt diese 
einen milchigen Boden und kann daher nicht verwendet werden. Ich brauche 
für die Projektion nämlich einen komplett klaren Boden. Die Beleuchtung 
übernimmt dann mein Arduino-Stroboskop oder eines mit Xenon-Blitzlampe 
(ist bereits gekauft und auf dem Weg zu mir).

2.) Flux-gate-Magnetometer: Hier halte ich mich an die Vorlage von B. 
Kainka (https://www.elektronik-labor.de/Notizen/Fluxgate.html). Als 
Leistungsfunktionsgenerator benutze ich die eben angekommenen 
NF-Verstärker mit dem TDA7297. Dieser gibt im Gegensatz zu einem 
class-D-Verstärker ein schönes analoges Signal aus.

3.) Gyro-car: Eine kleine Spielerei zwischendurch zum Thema Kreisel. Die 
Laufrollen sind bereits angekommen und der Kreisel, den ich dann auf 
eine Motorachse setze, sollte heute kommen.

4.) Experimente rund um die Sonne: Hier möchte ich die Granulation der 
Sonnenoberfläche nachbilden. Basis bildet die sog. 
Rayleigh-Benard-Konvektion. Benötigt werden nur ein mit kochendem Wasser 
gefülltes Glasgefäß, eine Petrischale und in Öl aufgelöstes 
Graphitpulver. Die Sachen sind bereits vorhanden und warten auf ihren 
Einsatz.

Link: https://www.youtube.com/watch?v=72tV6LDPE5I

5.) Hitzdrahtanemometer: Mit einer kaputten Glühbirne und einer 
Wheatstonebrücke lässt sich ein Anemometer für geringste Luftströmungen 
basteln. Kalibrieren werde ich das Ganze mit einer Modelleisenbahn. Das 
Anemometer kommt dann auf einen Güterwagon und dann bestimme ich die 
Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Zuggeschwindigkeit.

6.) Bestimmung der Geschwindigkeit mittels Doppler-Effekt: Hierzu lasse 
ich meinen Sohn oder meine Tochter mit einer lauten Schallquelle 
(Piezotöner) an mir vorbeilaufen und ich nehme das Audiospektrum auf. 
Aus dem Frequenzsprung bei Annäherung und Entfernung lässt sich dann die 
Laufgeschwindigkeit ermitteln. Diesen Versuch habe ich mit meinen 
Schülern bereits umgesetzt. Dabei saßen dann rund 7 Schüler 
dichtgedrängt in einem Auto, welches bei der Vorbeifahrt am Mikrofon die 
Hupe betätigt hat...

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe noch einen oben nicht angeführten mMn wunderschönen Versuch und 
zwar die experimentelle Bestimmung der magnetischen Feldkonstante µ0. 
Dazu verwende ich eine kleine Zylinderspule mit n=100 und A = ca. 8.85 
cm², welche sich in der Mitte einer Helmholtzspule befindet.

Diese Helmholtzspule steuere ich mit einem Dreieckssignal an, welches 
von einem billigen Funktionsgenerator stammt. Zur Verstärkung dient ein 
analoger Audioverstärker.

Das Magnetfeld B ist direkt proportional zur Stromstärke I. Die 
Stromstärke I(t) bestimme ich mittels 1 Ohm-shunt und meinem 
Oszilloskop. Auf Kanal 2 wird die Induktionsspannung abgebildet. Aus 
dU/dt kann dI/dt und daraus dB/dt ermittelt werden.

Eingesetzt in das Faraday'sche Induktionsgesetz U_ind wird nach der 
magnetischen Feldkonstante µ0 aufgelöst und diese berechnet. Ich komme 
experimentell auf einen Wert von µ0 = 1.24 * 10^-6 N/A². Damit beträgt 
die Abweichung vom Sollwert (4*Pi*10^-7) nur 1.24%.

Heureka... ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Mit dem Arduino habe ich den Widerstandstemperaturkoeffizient von Kupfer 
bestimmt. Die Formel für die Temperaturabhängigkeit des Widerstands 
lautet:
R(delta_T) = R0 * (1 + alpha * delta_T).

Diese lineare Formel gilt aber nur für einen relativ kleinen 
Temperaturbereich. Denn der Graph R(T) wächst eigentlich nicht linear 
sondern exponentiell...

Als Draht verwende ich eine komplette Rolle 0.15 mm Kupferlackdraht, 
welcher dann in einen Wasserkocher gehängt wird. Den Widerstand ermittle 
ich mit dem Arduino ganz einfach mittels Spannungsteiler und einem 
analogen Eingang. Für die Temperatur verwende ich einen DS18B20.

Ich erhalte einen Temperaturkoeffizienten von 0.0039 1/°C. Damit liege 
ich nur 0.76% vom Sollwert (0.00393) entfernt. Heureka...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/widerstand-arduino/

[Christoph E. (stoppi)]

Diese Woche habe ich meine Bricklink-Legobestellung für die Wellenwanne 
abgeholt und damit den Wellenerreger gebaut. Er besitzt für ebene Wellen 
eine breite Leiste und für die Erzeugung von Kreiswellen 1 bzw. 2 
Einzelerreger.

Leider funktioniert die Wellenwanne nicht so wie erhofft. Ich bekomme 
keine idealen Muster zustande und so erkennt man zum Beispiel bei zwei 
Einzelerregern nur schwer die Richtungen konstruktiver bzw. destruktiver 
Interferenz.

Auch habe ich es mit zwei verschiedenen Stroboskopen (kommerziell bzw. 
Arduino) probiert. Die Sichtbarkeit war nicht unbedingt besser damit 
verglichen mit der Dauerbeleuchtung.

Ich werde daher einen anderen Erreger ausprobieren und zwar mit einem 
auf einer Holzleiste montierten Vibrationsmotor. Hoffentlich erhalte ich 
dann damit schönere Wellenmuster...

Und weil ein nicht geglücktes Experiment nicht reicht, habe ich auch mit 
meinem Gyrocar Probleme. Ich habe den Kreisel mit 2-Komponenten-Kleber 
auf die Motorenachse geklebt. Leider saß der Kreisel nicht exakt gerade 
bzw. mittig auf der Achse und so erhielt ich eine Unwucht. Diese führte 
dann dazu, dass sich der Kreisel nach kurzer Zeit von der Achse löste. 
Auch der Motor quietschte durch die Unwucht recht stark.

Jetzt werde ich zwei Messingrohre (6mm/4mm und 4mm/2mm) in die 
Kreiselachse kleben und dann mit Madenschrauben auf der Motorenachse 
fixieren. Eventuell muss ich das Gyrocar-Gehäuse (Fahrradtrinkflasche) 
auch noch in der Höhe so weit wie möglich kürzen, damit ich den 
Schwerpunkt näher zum Laufrad (Seilrolle) bekomme...